Yoshimura折纸管轴向压溃吸能特性分析*

董 娜,程雪利,孟凡净,璩晶磊,李长胜

(河南工学院 机械工程学院,河南 新乡 453003)

0 引言

薄壁吸能部件在发生碰撞时能够通过自身塑性变形来耗散冲击能量,从而有效缓冲载荷,进而降低汽车行驶速度,以达到减少伤害的作用。传统圆形和多边形横截面的吸能管因制造简便、成本低廉的优越性成为汽车、轨道交通、航空等领域最为常见的能量吸收装置[1-2]。

吸能管能量吸收能力与其自身材料类型及结构形式、所受载荷方向等有关。如何通过改变结构来提高吸能特性,一直都是科研工作者关注的重点。Andrews[3]、Otubushin[4]等学者通过理论研究和试验分别对薄壁圆管和方管的轴向压溃变形机理、不同载荷下渐进变形吸能模型等进行了深入的研究,通过比较发现,圆管吸收能量多但初始峰值力大、载荷波动剧烈,方管初始峰值力小、载荷波动小但吸收能量少。石梦妍[5]、Abramowicz[6]等把方形薄壁管扩展为更多边的正多边形,研究发现随着边数的增多,其初始峰值力变大,载荷波动加剧,但吸能量增加,在实际应用中通常对初始峰值力和吸能量之间进行一定程度的折中,多选择六边形或八边形来提高吸能管总体性能。为了进一步优化薄壁结构的吸能性能,本文引入Yoshimura折纸构型,通过有限元软件ABAQUS对圆形直管、六边形直管以及Yoshimura折纸管的轴向压溃吸能特性进行分析。

1 吸能特性评价指标

吸能管受到轴向压溃载荷时通过塑性变形耗散撞击动能、缓冲撞击力。作为主要的能量吸收部件,吸能管受到碰撞产生大的变形时应有较高的能量吸收能力、较小的初始峰值力,变形过程应均匀平稳。……