冲击载荷作用下金属圆柱壳能量吸收研究

戴向胜，马建敏

(复旦大学 力学与工程科学系，上海 200433)

金属圆柱壳是有效的吸能结构之一，能在有限的压缩空间内产生塑性变形而吸收大量的能量，可以取得一般减振器所不能得到的减振效果，因此很多学者对此进行了研究，Alexander［1］提出了静态塑性铰模型，该模型是基于金属圆柱壳的最终破坏模式提出的，假定所有的塑性铰同时形成.而不考虑屈曲的过程，同时假设金属圆柱壳的能量吸收有两个部分，一个是弯曲变形能，另一个是拉伸变形能和压缩变形能。Abramowicz和Jones［2］在研究中考虑了瞬时几何构型，并且提出有效压缩长度的概念，同时还考虑了冲击载荷的应变率效应和应变强化效应。Wierzbicki和Bhat［3］提出了直链塑性铰模型，并根据模型模拟出载荷-位移曲线，并且提出偏心率效应，并给出不同偏心率的载荷-位移曲线，但其研究结果表明偏心率对吸能效率没有影响。Singace［4］认为吸能效率与偏心率有关，并给出最优偏心率，给出了塑性铰长度和平均压缩载荷。Karagiozova［5-7］应用有限元研究了低速冲击和高速冲击下的金属圆柱壳的响应历程。

上述文献中没有考虑到在冲击载荷作用下的温度效应，在该效应的作用下材料的应力应变关系会随着金属圆柱壳叠缩的进行而发生相应的变化，从而导致金属圆柱壳吸收能量的计算结果不一样，本文利用粘塑性理论在考虑温度效应下对圆柱壳的吸能情况进行研究，提出分步叠缩法计算塑性变形能，并且得到该种情况下的载荷位移曲线，为实际工程运用给出了一种金属圆柱壳吸收能量的理论计算方法以及金属圆柱壳减振效果的判断依据。……