6061-T6铝合金圆管侧向冲击响应及轴向剩余承载力研究

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在建筑桥梁的设计过程中,需要考虑各类荷载的共同作用。近些年来,化工厂爆炸、轮船与桥梁发生撞击等事件层出不穷,使得结构工程师不得不越来越重视对冲击以及爆炸荷载的研究。另一方面大多数建筑桥梁在设计时往往偏向保守,因此在受到较小冲击之后仍可以正常使用,此时其承载力的剩余量成为工程师们关注的焦点。铝合金因其卓越的力学性能成为大跨度结构中常使用的材料之一,研究铝合金圆管在冲击荷载作用下的响应以及受冲击之后的剩余承载力对于大跨度结构防爆、抗冲击等具有重要意义。6061-T6铝合金的屈服强度与Q235钢接近,在土木工程领域应用较多。鉴于此,本文以其为研究对象,进行了落锤冲击试验、开展了侧向冲击数值模拟以及受冲击后剩余承载力的仿真分析。具体研究内容如下:(1)两端固支铝合金圆管侧向冲击试验研究开展了16组铝合金圆管侧向冲击试验,对其典型动力响应过程进行了详细的阐述;揭示了铝合金圆管的“三塑性铰”变形机制,并得到4种失效模式;参数化分析了长度、壁厚、管径、冲击位置、冲击动量和冲击动能对铝合金圆管各项动力响应的影响规律。(2)两端固支铝合金圆管侧向冲击数值仿真研究进行了室温准静态拉伸试验,拟合确定了6061-T6铝合金J-C本构模型的部分参数A、B、n等,基于ANSYS/LS-DYNA对铝合金圆管侧向冲击展开了数值仿真分析:得到了铝合金圆管在侧向冲击下的典型动力响应,并确定了5种失效模式;进行了铝管侧向冲击响应的参数化研究,更系统详细地考察了长度、壁厚、管径、冲击位置、冲击动量和冲击动能的影响,提出了整体侧向刚度和局部侧向刚度的概念,对冲击能量的2种耗散方式进行了讨论,对参数化分析结果给出了解释。(3)两端固支铝合金圆管受冲击后轴向剩余承载力研究对铝合金圆管受冲击后轴向剩余承载力进行了参数化分析,考察了长度、壁厚、管径、冲击位置、冲击动量、冲击动能对轴向剩余承载力的影响;发现最终总位移与管径之比与剩余承载力比值具有较强的相关性,拟合提出了剩余承载力比值的预测公式,并验证了其准确性。
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