波纹芯层夹芯管的轴向压缩吸能特性与多目标优化

将正弦波纹薄壁管作为芯层引入多边形薄壁管,获得了四边形、五边形、六边形3种波纹芯层夹芯管。首先,采用实验与数值模拟相结合的方法研究了3种波纹芯层夹芯管在轴向准静态压缩载荷下的力学响应,包括能量吸收性能,分析了结构壁厚和芯层波幅对夹芯管压缩性能的影响,数值模拟与实验结果吻合较好。其次,基于超折叠单元理论,给出了准静态压缩载荷下波纹芯层夹芯管的平均轴向压缩力的解析解。其中,波纹芯层六边形夹芯管在准静态轴向压缩过程中表现出渐进折叠屈曲的变形模式,理论预测的平均压缩力与实验结果吻合较好,相对误差为6.1%,与数值模拟结果相比,相对误差均在9.8%以内。波纹芯层夹芯管的比吸能随着结构壁厚和芯层波幅的增大而增大;而当波幅和壁厚相同时,六边形夹芯管的吸能能力优于四边形夹芯管和五边形夹芯管。最后,以最大比吸能和最小初始峰值力为目标,对3种结构的芯层波幅和结构壁厚进行了多目标优化,给出了最大比吸能与最小峰值载荷之间的平衡策略,得到了相应的Pareto前沿。

RPUF填充薄壁圆钢管短柱构件的轴压力学性能

基于建筑工程领域存在的碰撞、冲击等工程背景,提出密度为300 kg/m^3的硬质聚氨酯泡沫(RPUF, rigid polyurethane foam)填充建筑圆钢管短柱吸能构件,为获得该类构件在轴压荷载作用下的基本力学性能及吸能能力,开展了3组空钢管和3组RPUF填充圆钢管短柱构件的轴压试验.试验结果表明:轴压荷载作用下,填充RPUF能够有效改善建筑圆钢管在轴压荷载作用下的叠缩变形模式,使构件趋于对称叠缩变形;同时,RPUF填充圆钢管构件较空钢管的首个峰值荷载及各项吸能指标都有了较大幅度的提升,且壁厚越薄,提升幅度越大,体现了填充RPUF对建筑圆钢管的力学性能及吸能能力的提升.基于ABAQUS/Explicit求解器建立RPUF填充圆钢管短柱构件的轴压有限元模型,将仿真结果与试验结果对比,以验证有限元模型的准确性,随后开展参数分析,结果表明RPUF填充圆钢管耗能能力随壁厚和管径的增大而增大.在Alexander经典叠缩模型的基础上,推导了平均压缩力预测公式,与试验结果和数值模拟结果对比发现该公式能够有效预测RPUF填充圆钢管短柱构件在轴压荷载作用下的平均压缩力.