Ⅱ类结构的冲击失效

【摘要】：能量吸收结构(或者能量吸收装置)的失效模式以及吸能特性的研究是冲击动力学在实际工程应用中一个很重要的研究方向。 本文在总结了能量吸收装置的研究现状和一些关键问题后，针对Ⅱ类结构以及由Ⅱ类胞元串接而成的Ⅱ类串接系统，用理论分析和有限元计算方法，就两种结构在冲击作用下的力学行为以及失效模式展开了详细的研究，得到了一些较有价值的研究结果： 1．研究了单个Ⅱ类结构(也就是一对有初始缺陷的预弯板)的冲击行为，并和Ⅰ类结构(对径受压圆环)的结果进行了比较。理论分析方法和有限元计算结果表明，在冲击能量一定的情况下，较小的冲击质量(相应有较大的冲击速度)会导致较大的冲击力和较小的最终变形，也就是说具有惯性敏感性。而Ⅰ类结构就没有类似的现象。这种惯性敏感性的原因在于，随着冲击质量的减小，消耗在轴向变形的塑性功逐渐增加，而消耗在塑性铰弯曲变形中的塑性功逐渐减少，最终留下较小的残余变形。 2．用有限元方法研究了由Ⅱ类胞元串接而成的Ⅱ类串接系统的冲击失效过程。计算结果表明，在冲击能量一定的条件下，改变冲击物的质量(也就是说改变冲击速度)，系统将可能产生不同的失效模式，有前向渐进、反向渐进、双向渐进和随机发展等四种模式。同时，当冲击速度恒定不变时，我们也观察到了相同的失效模式。这些失效模式的发现对于研究冲击失效过程有着很重要的价值。 3．由于有限元计算冲击问题需要很长的时间，我们用理论的方法对于Ⅱ类串接系统进行了简化。根据单个胞元的脉冲相应来计算每个胞元的等效刚度，根据能量等效来计算每个胞元的等效质量，从而把原来较为复杂的系统简化成一串具有弹塑性行为的非线性弹簧-质量系统，有效地降低了模型的维数。和有限元计算相比，简化模型在冲击速度较低的条件下是完全可行的。 浙江大学硕士学位论文 以上的研究结果为研究多胞材料的力学行为和失效模式提供了良好的基础， 对于能量吸收装置的设计也有重要的价值。