含泡沫铝填充多胞方管吸能立柱防冲特性数值研究

针对吸能防冲支架已有吸能构件防冲性能不足的问题,提出了一种泡沫铝填充多胞方管结构,根据泡沫材料填充薄壁结构轴向吸能理论得出其压溃平均载荷公式,采用ABAQUS/Explicit完成了普通方管、多胞方管和泡沫铝填充多胞方管轴向冲击仿真,并在此基础上对比研究了普通立柱与吸能立柱的抗冲击性能。结果表明:相对于普通方管和多胞方管,泡沫铝填充多胞方管产生了压溃形态理想的轴对称渐进叠缩变形,变形中初始承载峰值、载荷均值与吸能量均明显提高,有效变形距离减小,载荷波动降低,承载效率提高。随泡沫铝填充率增加,构件有效变形距离与吸能量减小;随泡沫铝孔隙度降低,构件载荷均方差降低,吸能量与承载效率提高。25%填充率下60%孔隙度泡沫铝填充多胞方管是较为理想的吸能防冲构件。普通立柱受冲击后载荷激增,弯曲变形严重,立柱依靠自身变形吸收冲击能量,支护效果较差;而吸能立柱受冲击后吸能构件启动变形让位吸能,大幅度降低了立柱的载荷,吸收了外界大部分的冲击能量,避免了立柱的弯曲变形,提高了支架的抗冲击性能。

斜向载荷下多胞方管结构的压溃特性研究

建立了计算多胞方管能量吸收特性的有限元模型,利用双胞管的轴向压溃变形试验验证有限元模型的准确性。利用建立的有限元模型,研究了在斜向加载下多胞方管结构的压溃特性,结果表明:在大角度的斜向加载下,多胞方管会发生全局弯曲,导致能量吸收能力的显著下降。提出了分层多胞方管结构,在斜向加载下分层多胞方管结构有较大的能量吸收能力和压溃力效率。此外,在大角度的斜向加载下,分层多胞方管可以避免发生全局弯曲。通过复杂比例评价方法,评价了传统方管、多胞方管和分层多胞方管的斜向综合碰撞性能,确定了分层多胞方管L5具有最优的斜向碰撞性能。

泡沫混凝土填充旋转薄壁多胞方管负泊松比结构面内压缩性能

为改善薄壁金属管件的力学及吸能性能,提出了一种泡沫混凝土填充旋转薄壁多胞方管负泊松比结构(RSTFC)。对薄壁多胞方管(TMST)、旋转薄壁多胞方管(RTMST)和RSTFC试件进行准静态面内压缩试验,研究了3类不同试件的变形模式、载荷-位移曲线和吸能性能。试验结果表明:TMST、RTMST和RSTFC试件均表现为压缩破坏;对比于TMST试件,RTMST试件因发生旋转变形可有效降低载荷峰值,同时吸收更多能量,压溃力效率和能量吸收分别增大了73.2%和33.6%;泡沫混凝土的存在促使铝管在试件旋转过程中发生了一定程度的变形及泡沫混凝土不断压缩变形,因此填充有200 kg/m^(3)泡沫混凝土RSTFC试件的压溃力效率和能量吸收较RTMST试件分别增大了22.5%和8.9%。基于试验验证的数值结果表明:铝管和泡沫混凝土之间承载能力的相互匹配决定了RSTFC试件的力学及吸能性能,可通过调整泡沫混凝土密度、铝管壁厚和泡沫混凝土填充方式等实现对RSTFC试件变形模式、载荷传递与吸能性能的调控。因两个周期性结构试件具有相对更高的比吸能和压溃力效率,建议在实际工程中应用。

多胞薄壁铝合金方管载荷特性与多目标优化研究

目的通过引入边长系数γ,得到构型不同的W型和C型多胞薄壁方管结构,改善多胞薄壁方管的吸能效率。方法本文利用实验和数值方法对2种类型方管进行研究,材料选用6060T4铝合金,深入分析边长系数γ和壁厚t对结构的载荷特性、能量吸收及变形模式的影响。然后采用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ)求解,针对结构的峰值载荷(Pc)和比吸能(Sa)进行多目标优化。结果数值仿真所得载荷曲线与实验结果一致,折叠波数均为7个,边长系数γ对2类结构的载荷和变形有显著影响。结论本文所得结果为改善多胞薄壁方管结构的缓冲吸能及冲击防护提供了数据支持。

分层多胞方管多角度载荷下结构耐撞性分析

交通事故中汽车薄壁管结构具有重要吸能作用。通过仿真分析刚性墙多角度压溃下分层多胞方管和普通多胞方管的吸能特性发现,0°、10°加载情况下,普通多胞薄壁方管的吸能特性更优;20°、30°加载情况下,普通金属多胞薄壁方管较易发生全局弯曲导致吸能力明显下降,分层多胞薄壁方管可在一定程度避免发生全局弯曲,大角度加载情况下分层多胞方管的吸能特性更优。