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.

格构增强复合材料圆筒的侧向压缩性能

本文以筒形复合材料桥梁防撞装置为研究对象,采用平行板外载静压试验方法对格构增强复合材料圆筒进行了侧压试验,分析了圆筒中横向格构的数量、间距对试件刚度、极限荷载、耗能能力、平均压溃力的影响,结合破坏形态分析,对试验结果进行了拟合,给出了合理的耗能构造设计建议。研究表明,圆筒中横向格构间距越小,试件极限荷载和平均压溃力越大,耗能能力越强。

用非线性有限元的方法研究准静态加筋方形管压溃破坏中加强筋的影响

在船舶碰撞和搁浅中,薄壁结构在轴向压力条件下的压溃破坏是一种重要的破坏模式。本文用非线性有限元方法研究了准静态条件下纵向和横向加强筋对加筋方形管压溃破坏的影响。基于实验结果和数值仿真的结果,给出了新的等效板厚和平均压溃载荷计算公式。计算结果表明新的平均压溃载荷计算公式能够更好地拟合实验结果。

新型多胞管轴向吸能特性的理论和数值研究

为改善多边形薄壁管的轴向吸能特性,设计了在其角部区域添加胞元的新型多胞管。基于简化的超折叠单元理论,提出了一种预测多胞管平均压溃力的理论模型。此外,通过数值模拟给出了多胞管在准静态轴向荷载作用下的吸能特性。研究结果表明:理论预测和数值模拟的平均相对误差为5.65%。多胞管的吸能特性随壁厚的增大而增大,随边厚比的增大而减小。在多边形管的角部区域添加胞元可显著提高结构的吸能特性。在四边形管的角部区域添加菱形胞元比添加拱形胞元的吸能特性好;在六边形管的角部区域添加拱形胞元和添加菱形胞元的吸能特性相近。四边形-菱形多胞管的吸能特性最佳。

基于理论和数值模拟的薄壁多胞管轴向吸能特性研究

基于简化的超折叠单元理论和基本单元法,提出了一种预测多边形薄壁多胞管平均压溃力的理论模型,并通过数值模拟得到了内部添加肋板的四、六、八边形薄壁多胞管在准静态轴向压缩过程中的变形模式和吸能特性。结果表明:理论预测和数值模拟与以往的实验结果吻合较好。在内部添加肋板可显著提高多边形薄壁管的吸能特性,四、六、八边形管内部添加十字型肋板比添加X型肋板的薄壁多胞管的吸能能力提高更多,比吸能分别提升了68.936%、17.725%和15.297%。正则化平均压溃力与有效压缩距离因子和边厚比有关,且随着边厚比的增大而增大。多胞管的正则化平均压溃力高于对应的单胞管。

多边形薄壁多胞管的轴向吸能特性研究

通过数值模拟得到内部添加Y型、三角形和四边形肋板的四、六、八边形薄壁多胞管在准静态轴向荷载作用下的吸能特性,进而基于简化的超折叠单元理论和基本单元法,提出了一种包含正则化平均压溃力修正系数的理论模型,用于预测多边形薄壁多胞管在轴向压溃过程中的响应。研究结果表明:理论预测与数值模拟的结果吻合较好;多胞管的比吸能随着多边形边数的增加而提高;内部添加三角形和四边形肋板比添加Y型肋板的多胞管吸能效果好;修正的正则化平均压溃力与修正系数(有效压溃距离因子)和边厚比有关,且随边厚比的增大而增大;K型单元和包含该基本单元的多胞管修正的正则化平均压溃力最高;八边形-四边形多胞管的吸能特性最佳。