【摘 要】
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夹芯结构由于具有较高的比强度,比刚度和良好的能量吸收性能,受到冲击时可以很好地保护夹芯结构内的物品或人员,因此作为能量吸收装置广泛的应用于交通运输、船舶制造、航空航天等领域。因此,研究夹芯结构在面外压缩下的力学行为就有十分重要的意义。本文以波纹芯夹芯板为研究对象,使用有限元模拟和理论分析相结合的方法,研究了多层波纹芯夹芯板在面外压缩载荷下的变形模式和能量吸收,主要工作如下:(1)建立了芯层为梯形、
【基金项目】
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国家自然科学基金(11772216);
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夹芯结构由于具有较高的比强度,比刚度和良好的能量吸收性能,受到冲击时可以很好地保护夹芯结构内的物品或人员,因此作为能量吸收装置广泛的应用于交通运输、船舶制造、航空航天等领域。因此,研究夹芯结构在面外压缩下的力学行为就有十分重要的意义。本文以波纹芯夹芯板为研究对象,使用有限元模拟和理论分析相结合的方法,研究了多层波纹芯夹芯板在面外压缩载荷下的变形模式和能量吸收,主要工作如下:(1)建立了芯层为梯形、三角形和矩形的单层、双层和三层波纹芯夹芯板的有限元模型,研究准静态压缩载荷下不同芯层波纹夹芯板的变形规律和力学行为,并研究了面板厚度、芯层厚度和芯层底角等结构参数对三层梯形夹芯板的影响。研究结果表明:单层波纹芯夹芯板上、下面板几乎不发生弯曲变形,三种芯层侧肋结构出现不同程度的弯曲变形;矩形芯层夹芯板能量吸收性能最优,梯形芯层夹芯板次之,三角形芯层夹芯板最差;双层波纹芯夹芯板能量吸收性能从高到低分别是:梯形芯层、矩形芯层、三角形芯层;三层波纹芯夹芯板能量吸收性能最好的的是梯形芯层,其次是三角形芯层,性能最差的是矩形芯层;面板厚度对夹芯板能量吸收性能影响较小,随着面板厚度的增加,夹芯板能量吸收先增加后减小;芯层厚度和芯层底角对夹芯板能量吸收性能影响较大,且随着芯层厚度和芯层底角的增加,夹芯板能量吸收增加。(2)建立了准静态压缩载荷下波纹芯夹芯板的理论分析模型。基于简化的超折叠单元理论,建立了单层、双层和三层波纹芯夹芯板平均压缩力的理论模型,并对多层波纹芯夹芯板能量吸收进行了分析。结果表明:夹芯板能量吸收与压缩过程中形成的塑性铰有关,结构变形过程中塑性铰越多,角度变化越大,总体能量吸收性能越好;理论分析和数值模拟结果吻合良好。(3)研究了动态压缩载荷下三种芯层波纹芯夹芯板的动态响应。对不同冲击载荷下的单层、双层和三层波纹芯夹芯板进行了有限元模拟,分析了夹芯板的变形规律和能量吸收性能。研究结果表明:随着冲击速度的增加,单层、双层和三层波纹芯夹芯板能量吸收性能增加且变形模式会随着速度的增加而变化。在相同速度的动态载荷下,双层和三层梯形夹芯板初始峰值力低于单层梯形夹芯板;随着速度的增加,夹芯板变形模式发生改变;当速度大于等于20m/s时,单层梯形夹芯板比吸能和平均压缩力比双层和三层梯形夹芯板更好。
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