轴向冲击载荷下薄壁折纹管的屈曲模态与吸能*

郝文乾,卢进帅,黄 睿,刘志芳,王志华

(太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所,山西 太原030024)

轴向冲击载荷下薄壁折纹管的屈曲模态与吸能*

郝文乾,卢进帅,黄 睿,刘志芳,王志华

(太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所,山西 太原030024)

在方管的基础上引入折纹结构,利用几何关系建立折纹管的折角公式。采用 LS-DYNA 软件研究了6种折纹管在轴向冲击下的屈曲模态与能量吸收性能,并与方管进行对比分析。结果表明,折纹管在冲击载荷作用下屈曲变形过程可分为3个阶段,初始峰值阶段、稳定渐进屈曲阶段和密实化阶段。折角是影响初始峰值载荷和平均载荷的重要因素之一,折纹结构的引入有效的降低了初始峰值载荷,减小了冲击力的波动幅度;折纹管的比吸能低于方管,但是在特定折角下,折纹管的压缩力效率和比总体效率高于方管。

固体力学;屈曲模态;冲击载荷;能量吸收;折纹管

碰撞过程实质上是能量转化的过程,将碰撞的动能转化成应变能以及其它形式的能量。金属薄壁结构,作为一种低成本、高吸能效率的构件,广泛应用于碰撞动能耗散系统[1]。在结构的耐撞性设计中,要保证冲击动能尽可能被结构吸收,确保被保护人员的安全。理想的吸能结构,初始峰值力尽可能小,后期随时间的波动幅度也尽可能小[2]。国内外学者对薄壁管在冲击载荷下的屈曲及吸能性能进行了大量的研究。W.Abramowicz等[3]研究了管受冲击作用下的能量吸 收,方管的变 形 屈 曲模态有外延 式 模态,对称式模态与混合模态,其中外延式模态是最优的吸能模态。……