泡沫铝填充件对薄壁圆管结构压缩稳定性提高的研究_论文

发布时间:2021-11-29 04:34:47

第2 9卷 第 6期  21 年 1   01 1月 佳 木 斯 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )   Jun l f i ui nvri N trl c n eE io ) o ra o  a s U i sy( a a Si c  dt n    Jm   e t u   e i V0 . 9 No 6 12   .  NO . V  2 l 01   文章编号 :0 8—10 (0 1 o 10 4 2 2 1 )6—00 0  8 1— 5 泡沫铝填 充件对薄壁 圆管结构压缩稳定性提高 的研究①   段 尚国 , 赵洪 伦  ( 同济大学铁道与城市轨道交通研究院. 上海 2 10   0 84) 摘 要 : 采用非线性有限元 L D N   S— Y A软件仿真与试验两种 方法, 究了泡沫铝填充件对薄 研   壁圆管碰撞稳定性的改善. 首先, 根据碰撞力要求, 设计选择 了薄壁圆管及泡沫铝填充件各参数 ;   通过样件 试验 与有 限元仿 真计 算 , 两者 获得 了较 为 一致的 结果 , 而证 实 了设计 的合理 性及非 线  从 性 有 限元 仿真 的 可行 性 . 最后 , 把上 述结 果应 用于列 车被 动 安全装 置 防爬 器的碰 撞仿 真 中.   关键 词 : 碰 撞 ; 沫铝 ; 验 ; 泡 试 仿真 ;S—D N   L YA 中图分类 号 : U 7 .4 20 3  文献标 识码 : A   0 引  言    随着 我 国经 济 的 快速 增 长 及各 大 城市 轨 道交  通 系统 的大力建设 , 于轨 道列 车 的安 全性 能提 出  对 按 照 防爬 器 结构及 静 强度要 求 , 铝合 金薄壁 圆  管外径 为 10 m; 照 碰撞 时 吸 收能 量 的要求 , 0m 按 壁  厚需满 足 t .mm; 根 据碰 撞 时碰 撞力 的大 小  >15 再 及加速 度不 能超过 一 定 的值 , 圆管 壁 厚需 满 足 t   < 20 m, 上考 虑 , 计 外 径 D=10 m, 厚 t   .m 综 设 0m 壁 = 2 m. a r 但是 根 据 上 述 压 缩 理 论 , 厚 比 Q =D t   径 /= 102= 0 压缩 时会发 生非 对称 菱形屈 曲. 0/ 5 ,   较高的要求. 基于“ 车辆被动安全防护 ” 技术的耐  碰撞 车体结 构设 计 , 关键 是 实现 在突发 情况 发生碰  撞 时以可控 的方 式产 生 稳 定 的 变 形 以 消耗 巨大 的  撞击 能量 ¨ 。. 此 , 要 控 制 列 车 缓 冲 吸 能 结构  IJ为 需 部件 , 之在 一定 载荷作 用下 发生 稳定 有序 的破坏  使 失效 一   引. 泡 沫铝是 一种 新 型 材 料 , 究 表 明 , 沫铝 具  研 泡 有一系列特殊性能 : 良好的强度 、 密度小、 变形能力  铝合 金 材 料 选 用 地 铁 车 辆 车 体 常 用 材 料  60 A—T . 沫铝 材料 的 密度 是 影响 吸能 的 主要  05 6泡 因素 , 根据相关 的研究 结果- 选取密度 0 3 × 】 ¨, .1   1  tm 的闭孔泡 沫铝材 料 . 0 /    大 以及 独特 的压 缩 性 能—— 在 其 较 大 范 围 的* 台  2 计算机有 限元仿真  期 内有较高 的能量吸 收率  . J其特性对 于改善薄  壁 圆管 的压缩稳 定性 也有 一定 的影 响 .   2 1 有 限元模型  . 本文通过计算机仿真与试验相结合 , 研究了泡  沫铝对 铝合金薄 壁 圆管压 缩稳定 性 的改善 .   本文采用 L S—D N Y A动态非 线性计算软件 ,   1 薄壁圆管的结构设计及材料的选择    国 内外 学者 对 薄 壁 圆管 压 缩性 能 的 大量 研究  对上述设计的试样做准静态压缩仿真计算. 分别对  60 A— 6铝合 金空 薄壁 圆管 、 05 T 填充泡 沫铝铝合 金  圆管进 行仿 真计算 .   表明: 塑性金属圆柱管的轴 向压缩破坏模式主要有  轴对 称叠 缩模 式 ( 对 称 屈 曲 ) 非 轴 对 称 叠 缩模  轴 、 具体尺寸及材料参数见表 12 、.   表 1 铝合 金尺 寸及材 料参数    式( 非轴对称菱形屈 曲) 和欧拉屈 曲模式 ( 失稳模  式) 引.   一定 的压缩速率下 , 圆管的直径和壁厚之  比( 径厚比 Q= / ) D t 是决定其变形形式 的主要 因   素. 对于铝合金材料 , 通常当径厚 比 Q< 0时发生  4 对称屈曲, Q> 0时发生非对称菱形屈曲. 而 4   ① 收稿 日期:0 1—1 0  21 1— 8 基金项 目: 国家科技支撑计划项 目( 0 9 A 1 B 0 . 2 0 B G 1 0 )  作者简介: 尚国( 9 6 , , 段 18 一)男 山西祁县人 , 同济大学 铁道与城 市轨道交通研究院 。 硕士  82 0  佳 木 斯 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )   表 2 泡 沫铝 尺寸及 材料 参数  2 1 年  01 3 为了提高仿真结果 的真实性 , . 有限元模型中材料  的应力 应变 曲线 分别 由相 应 材 料 的标 准 拉伸 试样  的拉伸 试验得 到 ; 密度分 别 由实物 测得 .   有限元模型分别见 图 1 图 3 模 型信息见表  、 , 表 3 有 限元模 型信 息  仿真中载荷及边界条件 : 载荷为 5  的刚性  0t 体; 速度为 2 K / ; 5 m h 压缩时问是 4 m ; 0s   圆管发 生 了均 匀 的对称 屈 曲. 变形 见下 图 2 图 4 、   图 1 薄壁圆管有限元模型  图4 填充泡沫铝 圆管压缩变形图  图 2 薄壁圆管压缩变形图  图 5

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