大尺寸复合材料帽形长桁的固化变形补偿研究

针对热压罐成型工艺制造的复杂复合材料制件所广泛存在的回弹变形问题,以大尺寸复合材料帽形长桁结构试验件为例,采用多截面型面补偿法对分解后的固化变形量进行整体补偿,并对补偿过程涉及的热膨胀补偿基点选取、截面测量一致性、截面变形补偿方式及轴向扭曲变形补偿等关键技术问题进行探讨分析,最终提出针对有高精度型面要求复合材料制件的固化变形补偿方法,实现了大长径比复合材料零部件型面的高精度控制,型面偏差可控制在±0.30 mm以下,对研究复合材料固化回弹的型面补偿具有指导意义。

泡沫铝填充帽型结构轴向冲击吸能特性的试验研究

利用冲击试验系统,通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构在轴向冲击工况下的吸能特性。首先进行了泡沫铝、空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向冲击试验;然后根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构轴向冲击工况下的吸能特性进行了分析,评估了填充泡沫铝以及应变率对帽型结构吸能特性的影响。试验结果表明, 与空心结构相比,填充泡沫铝之后帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有明显的改善;由于材料对应变率敏感, 与准静态压缩相比,结构的吸能特性有一定的提高。

泡沫铝填充帽型结构轴向压缩吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构准静态压溃时的吸能特性。首先,进行了泡沫铝空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向压缩试验;然后,根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构的轴向吸能特性进行了分析,并与空心帽型结构进行了比较。结果表明,填充泡沫铝之后,帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有了很大的提高。在吸收的能量一定时,泡沫铝填充能够减少吸能结构所需要的质量。

帽形冷弯薄壁型钢混凝土组合梁的试验研究

为探讨帽形冷弯薄壁型钢 混凝土组合梁的受力和变形性能 ,对三根足尺组合梁试件进行了两根简支、一根两跨连续梁的静力加载试验。详细介绍了三根试件的试验情况 ,依据钢结构规范中的等效矩形应力图法验证了该结构形式的可行性与可靠性 ,提出了尚待研究的问题 。

复合材料帽型加筋层合梁刚度的理论计算研究

根据层合板理论,首先利用三维应力、应变转换关系,推导出复合材料帽型加筋层合梁的总体刚度矩阵公式,建立了复合材料帽型加筋层合梁的拉伸刚度和弯曲刚度理论计算式;然后,计算了轴向或横向荷载作用下,复合材料帽型加筋悬臂层合梁的拉伸和弯曲变形,并和ANSYS有限元计算结果进行了对比;最后,计算分析了腹板倾斜角度对结构刚度的影响。计算结果表明:腹板倾斜角度为60°时,帽型加筋结构的刚度和所需材料的比值达到最优值;拉伸和弯曲刚度的理论解和ANSYS有限元计算结果吻合较好,说明上述方法以及推导的计算公式是准确、可靠的。

帽型薄壁管件准静态压溃模拟计算中焊点的处理方法

以单帽薄壁管轴向准静态压溃试验为基础 ,研究了帽型薄壁管准静态压溃有限元分析中焊点的建模方式。在Ls Dyna平台上系统地分析了不同类型的焊点模型对于单帽结构准静态压溃模拟计算中平均压溃力及变形模式的影响 ,通过对比模拟结果与试验结果 ,得出了适用于帽型薄壁管准静态压溃模拟计算的焊点模型。

异材异厚帽型梁结构轴向压溃理论研究

在车身耐撞性设计中,前纵梁等吸能部件广泛采用异材、异厚的帽型梁结构,而传统理论方法很难对其轴向压溃力进行准确预测。针对传统方法存在的不足,以超折叠单元(Superfolding Element,SE)理论为基础,提出通用帽型梁结构轴向压溃理论,可准确预测异材、异厚单帽及双帽薄壁梁结构的平均压溃力,并通过试验及仿真手段验证了该理论的准确性。

高强冷弯薄壁型钢搭接式连续檩条受力性能试验研究

对550MPa高强冷弯薄壁型钢帽型截面搭接式连续檩条受力性能进行了试验研究。27根试件的试验结果表明,搭接式连续檩条的承载力与搭接部分刚度、截面内力、有效截面模量等因素有关,因此,负弯矩作用下的中间支座搭接端部变截面处和正弯矩最大的跨中截面都有可能成为构件承载力的控制截面。在确定高强钢材强度折减系数γ的基础上,根据试验结果确定出各组试件合适的搭接段刚度系数β和承载力计算公式。

外包发泡混凝土帽钢龙骨组合立柱轴压承载力试验及分析

以立柱为帽形截面的轻钢龙骨（简称帽钢龙骨）和发泡混凝土共同构成的组合墙体为对象,研究组合墙体中由帽钢立柱和发泡混凝土共同构成的18个组合立柱的轴压承载能力。研究表明：组合立柱的轴压荷载-位移关系曲线包括明显的弹性和下降破坏两个阶段,其中弹性阶段基本为一条直线,且水平位移较小,说明发泡混凝土的包裹对组合立柱的水平位移有明显的束缚作用;外包发泡混凝土组合立柱的轴压承载力是单纯帽钢立柱的2～3倍;由于组合立柱两端帽钢的外露,当帽钢截面的厚度较小时,外露帽钢首先发生局部失稳,发泡混凝土的强度大小对组合立柱的轴压承载力几乎没有影响;而当帽钢厚度足够大时,随着外包发泡混凝土的强度增加,组合立柱的轴压承载力也随之增大,其破坏形式为发泡混凝土被压碎。

轴向载荷下帽形梁截面设计方法

在理想折叠单元(super-folding element,SFE)的基础上建立了焊接单元,分析了帽形梁在压溃变形中出现焊点撕裂、焊边内陷等失效现象的原因。提出了针对性的改善方法,并通过试验验证了各参数变化对纵梁吸能特性的影响。结果表明:通过增加截面SFE数目、增加焊接边长度、改变焊接边相邻两边的角度等措施能有效改善帽形梁的失效现象,提高薄壁梁的吸能水平。

诱导槽对帽形结构吸能特性的影响研究

以汽车前纵梁结构为研究对象,设计了多种轴向阵列诱导槽布置,并分别与无诱导槽和有单个诱导槽的帽形结构进行对比分析,在有限元仿真分析的基础上,结合落锤试验对帽形结构的吸能特性进行研究。结果表明:诱导槽结构能够有效降低峰值压溃力,有效改善帽形结构的变形,且具有轴向阵列诱导槽帽形结构的变形和压溃力在一定程度上变得可预测。

闭口帽型薄壁梁压溃历程的精确仿真

应用数值仿真方法对车辆抵抗碰撞的典型构件进行了压溃历程研究。对比试验数据,分析了4个关键因素对变形模式和仿真精度的影响,得到闭口单帽型薄壁梁获得稳定压溃模式的参数控制方法。提出了车架前端耐撞构件兼顾吸能最大化与吸能平顺化的两步设计法。

单帽型薄壁梁弯曲和轴向压溃吸能的理论预测方法研究

以Kecman薄壁梁弯曲压溃理论和Wierzbicki超折叠单元理论为基础,建立一种改进的单帽型薄壁梁准静态弯曲压溃和轴向压溃理论模型,并推导相应的吸能公式。该模型适用于求解同材同厚、同材异厚、异材同厚和异材异厚的单帽型薄壁梁弯曲压溃和轴向压溃吸能。试验和数值仿真结果表明:与传统理论和模型相比,改进理论模型对于预测单帽型薄壁梁的弯曲压溃和轴向压溃吸能具有较高的精度,在应用范围方面更具有通用性。

高强冷弯薄壁型钢搭接式连续檩条有限元分析

对550 MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面搭接式连续檩条试验试件进行了ANSYS有限元模拟,并在此基础上进行了参数分析。分析结果表明:对于试验和分析的搭接构造,在一定的搭接长度范围内,增加搭接长度能提高构件的极限承载力,而超过这个范围增加搭接长度反而使构件极限承载力降低。因此,靠增加搭接长度来提高搭接式两跨连续檩条极限承载力的做法是不经济的,在搭接长度较长时,应在搭接段沿试件长度方向增加自攻螺钉,且搭接长度不宜超过0.35L。在试验试件搭接段打自攻螺钉的截面上,腹板或翼缘增加一个自攻螺钉对试件极限承载力和破坏模态的影响不大。

冷弯开口薄壁帽型截面受压钢构件压弯承载力的研究

对冷弯开口薄壁帽型截面受压构件的压弯极限承载力进行了分析研究,主要考虑构件长细比、荷载偏心距和构件初弯曲对压弯极限承载力的影响。利用MATLAB7.0.1和ANSYS10.0计算得到受压构件基于截面边缘纤维屈服准则的临界荷载和弹性弯扭屈曲荷载,进而利用ANSYS10.0对受压构件的弹塑性极限荷载进行了计算。通过对三种不同的计算方法得到的极限荷载进行比较,分析了冷弯开口薄壁帽型截面受压构件压弯极限承载力的计算方法。结论中评价了单轴对称截面压弯构件的设计公式。研究表明,该设计公式具有一定的安全储备,满足设计要求。

内部加强帽形结构轴向压缩吸能特性研究

通过仿真和落锤试验研究了内部加强帽形结构动态压溃时的吸能特性。首先,从理论上分析内部加强对帽形结构吸能特性的影响;然后,根据仿真结果,对内部加强帽型结构的轴向吸能特性进行了分析,并与无内部加强帽形结构进行了对比;最后进行了试验验证。结果表明:通过改变加强结构,帽形结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有了很大的提高,且失效现象得到改善,还有利于结构的轻量化。

轴向冲击载荷下帽形截面梁加强板设计研究

为了提高帽形截面梁在轴向冲击载荷作用下的吸能特性,利用超单元理论,结合动态落锤试验,对加强板设计进行研究,从变形形式、压溃力曲线和压溃结果特征值三方面,对多胞结构进行了优势验证和对加强板的结构进行了探讨,对受到轴向冲击载荷的帽形截面梁中加强板的设计提出了一系列的建议。加强板的设计应适量在帽型梁截面较为薄弱的地方增加方形胞元的个数,可以使截面超单元的数量增加,超单元边长缩小,从而减小褶皱半波长。本文提出的方法有利于提高帽形截面梁吸能效率,有效改善结构的变形稳定性。

焊接翻边对薄壁梁吸能特性的影响研究

基于数值模拟,研究了焊接边宽度及新型焊接边设计对双帽形薄壁梁吸能特性的影响。动态落锤试验结果证明,宽度的增加和新型焊接边设计均可有效提高平均压溃力与比吸能。

高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条局部屈曲性能研究

对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条进行受弯试验分析其局部屈曲性能,并采用有限条程序CUFSM对这两种简支檩条局部屈曲应力进行计算分析,计算结果与试验值吻合较好。采用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)和英国冷成型薄壁构件设计标准(BS5950-5:1998)对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明:我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。