结构的耐撞性和能量吸收装置

工程背景当今世界上,各种车辆、船舶、飞行器的数量越来越多,速度越来越快,碰撞事故也随之日益增加,这不能不引起世界各国的关注。下述事实可以说明问题的严重性: (1) 由于汽车数量的激增和高速公路的扩展,近年来全世界每年汽车事故造成死亡的有 ...     

动态有限元程序评介

Ⅰ.引言二体和多体碰撞问题越来越受到广泛重视。这不仅因为军事应用的需要,还由于如下几个方面的兴趣:交通安全;车辆碰撞;核反应装置在冲击载荷下的安全问题;装甲系统的设计;由液体和固体微粒碰撞引起的材料的腐蚀和断裂;空间飞行器对流星体碰撞的防护;爆炸成型和焊接,等等。     

国际结构碰撞会议

国际结构碰撞会议(An International Conference and Exposition“Structural Impact and Crashworthiness”)由美国空军技术研究所、英国帝国理工学院、美国陆军、威斯特兰直升飞机有限公司发起,1984年7月16—20日于英国伦敦帝国理工学院举行。会议主要讨论:①汽车、飞机、火车的耐撞毁性;②船舶和海上结构的碰撞;③地面设施对飞机的碰撞、地震以及瞬时加载的防御;④在建筑物和飞行器中的敏感装置和隔离;⑤金属和复合材料的撞击破坏和损伤;⑥金属和复合成分的毁坏、损伤和残余强度的评定;⑦在充满液体结构中的液压冲击;⑧为最佳防御高速碰撞而设计的结构和人体装甲。会议主席为帝国理工学院航     

非弹性动力学20年的进展

1.引言本综述涉及承受脉冲载荷从而发生显著塑性变形的工程结构—一梁、框架、板、壳,等等。假定材料是延性的(结构金属,接近于钢筋混凝土或预应力混凝土之类的材料)。对“脉冲”载荷的限制将在适当的地方更具体地说明。感兴趣的实际问题包括:作用在建筑物框架上的爆炸压力,管道或保护壳内部爆炸压力,波浪对船舶或近海结构的冲击,车辆碰撞,以及“地面冲击”引起的地基加速度,例如在意外(但破坏性极大的)地震时发生的。这种载荷     

基于LS-DYNA的车辆碰撞数值分析

本文基于中国新车评估规程，对高速车辆正面相撞和高速测试车辆与静态车辆侧面相撞这两种工况进行了碰撞数值模拟，采用HYPERMESH进行建模和LS-DYNA进行仿真分析计算．分析结果表明，在正面碰撞中，前保险杠与阻挡壁接触发生弯曲和变形，随着碰撞时间的持续，发动机的副车架弯曲，导致乘客舱的侵入量明显增加．侧面碰撞中，B柱和测试车辆的蜂窝结构发生严重变形，发动机舱结构的褶皱吸收大量的冲击能量．通过改进车辆结构，A柱的侵入量从80 mm减小到40 mm，脚部空间的侵入量从210 mm减少到150 mm．侧面碰撞时B柱的窗口边缘处的侵入量与下部的侵入量也均满足安全要求．     

损伤力学的基本内容与进展

结构(泛指各种机械、车辆、压力容器和飞行器等)在使用过程中总是要受到疲劳、腐蚀和磨损等一系列损伤。损伤必然导致结构承载能力的减弱,而减弱到一定程度后就会导致结构失效。要想保证结构安全,必须预先确定结构的安全使用寿命。而要确定寿命就必须对损伤过程和机理有所了解。损伤力学正是解决这一问题的一门学科。早期人们对损伤是不了解的,认为结构开始的承载能力有多大,以后就总是这样大。自从1860 ...     

船舶与海洋平台撞击的荷载模拟

以某导管架结构的X斜撑在导管架安装阶段受到大吨位起重铺管船撞击后的损伤检测结果为依据。对碰撞过程进行了数值模拟，按照构件模型从简单到复杂的模拟思路得到了船舶对海洋平台结构的撞击力。建立了船舶与海洋平台碰撞系统的力学模型，对导管架平台受损构件进行了等效静力强度计算分析。为了考虑在船舶冲撞下的整体平台结构动力效应的影响，在分析时考虑了碰撞过程的水动力效应，桩-土-平台结构的相互作用，采用非线性弹簧来模拟受损构件局部凹陷损伤，在船舶以不同的速度与平台发生碰撞的情况下，模拟出平台受撞击构件的永久凹陷变形与碰撞接触时间的曲线．反演分析计算了船舶对平台结构碰撞的最大撞击力。为确定受到撞击后导管架平台结构构件和管节点的损伤程度，提出合理可行的修理加固方案提供了分析依据。     

超高速撞击厚靶过程的能量分配研究

超高速撞击过程的能量分配研究,对于解决动能撞击、发展导弹拦截技术、判定空间飞行器被撞事件及评估碰撞破坏程度具有重要的理论意义.论文在总结前人关于超高速撞击过程能量分配的基础上,将超高速撞击厚靶过程中弹丸的动能分配归纳为靶板的变形能、弹丸与靶板作用过程应力波传播使靶板内能的增加、撞击产生碎片的崩溅能和产生电磁辐射的辐射能,并结合理论推导、实验和数值模拟对撞击速度为2.61km/s且正碰撞2A12铝靶的能量分配进行了定量计算.研究结果表明:无论在弹坑的形貌、尺寸还是辐射温度等方面,实验测量结果、理论推导结果与数值模拟的结果均基本吻合.该研究成果在解决行驶中的车辆碰撞问题以及航空飞行器遭遇鸟撞等领域亦有重要的参考价值.     

重型车辆撞击桥墩的碰撞力峰值参数分析

车辆撞击桥墩的碰撞力受很多因素影响,现行桥梁规范中仅以恒定的静力进行设计,不能正确反映碰撞过程的动力效应以及桥墩与车辆的耦合作用影响,难以满足现代交通和基础设施高速发展的需求.为了考察桥梁结构参数对碰撞力峰值的影响及不同参数间相对重要性,在有限元软件LS-DYNA平台上,建立了车桥碰撞精细化数值模型,对桥梁下部结构遭受重型车辆碰撞过程进行数值仿真,分析了桥墩高度、混凝土抗压强度等级、箍筋间距、纵筋和箍筋的屈服强度、纵筋和箍筋配率等结构参数对碰撞力峰值的影响规律.     

高速飞行器壁板颤振的分析模型和分析方法

壁板颤振是壁板结构在高速气流中产生的一种自激振动,在超声速和高超声速飞行器上特别容易发生这种现象。壁板颤振引发的非线性振动将对高速飞行器结构的疲劳强度、飞行性能和飞行安全带来不利的影响。随着高速飞行器设计中各项研究工作的开展,壁板颤振问题受到了到越来越多的重视。本文阐述了目前国内外学者在高速飞行器壁板颤振分析领域的研究现状及壁板颤振研究中常用的六种分析模型,并根据壁板颤振分析中使用的结构理论和气动力理论,详述了这种分类的依据。文中还介绍了温度、气流偏角、壁板几何尺寸及边界条件对壁板颤振的影响规律和目前常用于分析壁板颤振问题的频域和时域方法,总结了各种分析方法的优缺点。最后归纳了目前在高速飞行器壁板颤振研究中得出的几个重要结论,提出了今后在高速飞行器壁板颤振研究中需要解决的若干问题。     

Mesoscale plastic flow generation and development for polycrystals

The traditional yield criteria of plasticity such as Mises, Tresca, etc. make use of averaged macroparameters while mesomechanics consideration is based on the physical notion of plastic deformation mechanisms. They may involve the development of plastic shears on the surfaces and interfaces of internal structure elements involving stress concentration and relaxation. A criterion of plastic flow is proposed; it is based on the stress–strain state in a cell of computational grid as well as in the neighboring cells. An algorithm of plastic shear generation is developed for the progressive propagation of the plastic shears over the crystal. Test calculations of the crystal behavior under tension are made and the results are presented.     

裂纹面摩擦接触引起的断裂韧性增长的研究

采用弹黏塑性的材料本构关系, 建立了压、剪混合型裂纹常速准静 态扩展的力学模型, 求得了裂纹面摩擦接触条件下裂纹尖端场的数值解, 并基于数 值结果讨论了扩展裂纹的摩擦效应. 计算和分析表明, 裂纹面的摩擦效应主要表现 在两个方面. 第一方面是摩擦会导致裂纹尖端区材料的断裂韧性增高, 并且裂纹面间的摩擦作用越强, 增韧效果越显著. 摩擦增韧的机制可以解释为裂纹 面间的摩擦作用导致裂纹尖端塑性区尺寸变大, 使裂纹尖端场的塑性变形能增加, 从而使得裂纹尖端区材料增韧. 摩擦生热并不是导致材料断裂韧性增长的根本机制. 第二方面是摩擦会导致``断裂延缓'. 利用裂纹面的摩擦来提高构件的承载能力和延长构件的服役寿命具有较大的工程实用价值.     

低碳钢塑性变形量磁评定法研究

针对塑性变形量评定的局限问题,基于铁磁材料塑性变形致位错在不同方向分布不同的现象,研究了磁测法在定量评定低碳钢塑性变形量方面的应用前景。实验以工程中常用的低碳钢Q195钢板为测试材料,制作了形状尺寸一致的一批试件,并对其进行了不同程度的塑性变形量加载。通过搭建的磁化检测系统,采用相同强度及频率的正弦波激励,对所有样品进行了不同方向的磁化;同时经线圈及隧道磁敏电阻(TMR)采集了每次磁化的磁化曲线,提取了磁化曲线特征参数,对比了其与塑性变形量的定量关系。结果表明:随着塑性变形量的增加,铁磁钢材在同一磁场强度下产生的磁感应强度也会变大;沿主塑性变形方向磁化时,磁滞消耗能量最少,沿主塑性变形垂直方向磁化时,磁滞消耗的能量最多;磁路内磁场在主塑性变形方向上对塑变量的变化最敏感,而磁路外磁场在主塑变垂直方向上对塑变量的变化最敏感。实现了铁磁材料磁特征参数与塑性变形量的定量关联。本研究为开发简捷的铁磁材料塑性变形量无损评定磁方法奠定了基础。     

壁厚对金属圆管撕裂卷曲耗能影响的研究

对置于锥型刚性底座上内径$D$为54.4\,mm的7种不同壁厚A3无缝圆钢管，在轴 压作用下撕裂卷曲破坏进行了较为系统的实验研究. 实验过程中记录了载荷-位移曲线， 并得到试件螺旋状残余变形模态. 对实验结果的分析中认为耗散能主要由撕裂能、塑性弯曲 变形能和摩擦能3部分构成. 分析结果表明，圆管壁厚对撕裂能和塑性弯曲变形能在总能耗 中所占比例的影响较明显，对摩擦能所占比例的影响甚微.     

引入Sierpinski层级特性的新型薄壁多胞管轴向冲击吸能特性

为提高薄壁结构的吸能能力，基于Sierpinski分形结构提出了一种具有层级特性的新型薄壁管，即Sierpinski层级管（Sierpinski hierarchical tube, SHT）。采用非线性有限元法对SHTs在轴向冲击载荷作用下的变形模式和能量吸收特性进行了数值分析，并与普通三角形薄壁管在轴向冲击载荷作用下的变形模式和能量吸收特性进行了对比。结果表明:SHTs的变形模式为轴对称渐进屈曲模式，在薄壁管中引入Sierpinski层级特性后，胞壁弯曲过程的半折叠波长减小，促使压缩过程中形成更多的塑性折叠单元，有利于提高薄壁结构能量吸收能力。进一步基于能量守恒理论和塑性铰理论对SHTs的轴向压缩应力进行理论求解，并通过有限元数值模拟验证其准确性。在相同的相对密度下，一阶、二阶及三阶SHTs的动态压缩应力较普通三角形薄壁管的动态压缩应力提高了85.8%、138.2%和183.8%。将Sierpinski层级特性引入薄壁管的设计中，能够有效提高薄壁管的耐撞性能。     

Stress–strain curve and stored energy during uniaxial deformation of polycrystals

The subject of this paper is an attempt to obtain information about the energy stored during plastic deformation from experimentally measured stress–strain curve.Theoretical analysis of the stress–strain curve for elastic-perfectly plastic polycrystalline material has shown that only the part of stored energy can be calculated from the stress–strain curve. This part is the energy stored during non-homogeneous plastic deformation.The results of such calculation have been compared with the total stored energy determined experimentally. It has been shown that part of total stored energy related to non-homogeneous plastic deformation of investigated materials is much lower than that corresponding to homogeneous one.     

DYNAMIC RESPONSE OF A RIGID,PERFECTLY PLASTIC FREE-FREE BEAM STRUCK BY A PROJECTILE ATANY CROSS-SECTION ALONG ITS SPAN

I. INTRODUCTION The dynamic plastic response of free-free beams subjected to intense dynamic loading is a subject ofinterest for aerospace engineering applications. For example, when a rocket is attacked by a missile, itslarge plastic deformation behav…     

Plastic collapse of general frames

A structural theory is presented for the large static plastic deformation of space frames composed of thin walled members. Displacements comparable to the overall structural dimensions are contemplated. The frame is considered to consist of an arbitrary number of beam elements connected at node points. The analysis assumes that plastic deformation is confined to idealized hinges located at the node points. As a basis for a general frame computer program, the equations for a beam element are derived as a relationship between appropriate generalized force and deformation rates. The structural constitutive theory employed for the plastic hinge includes biaxial bending, torsion, and axial extension. It accounts for reduction in the load carrying capacity of the hinge due to local deformation. Predicted force-deformation curves for a space frame are in good agreement with experimental results.     

可压超弹性-塑性材料中的空穴生成

本文研究了材料的弹塑性性质对球体中空穴生成问题的影响，材料的弹性用一种可压超弹性材料的本构关系来描述，材料的塑性用满足材料的不可压条件和Tresca屈服条件的理想塑性材料的本构关系来描述。这类超弹性．塑性材料中可以发生空穴的生成现象，得到了在表面拉伸作用下球体中空穴生成时空穴半径与临界拉伸之间的关系式和临界拉伸。球体的变形可分为弹-塑性变形阶段和完全塑性变形阶段，球体中心首先形成塑性变形区域，并有空穴的突然生成；塑性变形区域能够快速增长，并且使球体很快进入完全塑性变形阶段；空穴在弹-塑性变形阶段迅速增长，但进入完全塑性变形阶段后增长较慢。同时给出了不同变形阶段球体中的应力分布。数值结果表明材料的塑性性质对材料中的空穴生成有明显的影响。     

Differential constitutive equations of incompressible media with finite deformations

A method is proposed for constructing a system of constitutive equations of an incompressible medium with nonlinear dissipative properties with finite deformations. A scheme of the mechanical behavior of a material is used, in which the points are connected by horizontally aligned elastic, viscous, plastic, and transmission elements. The properties of each element of the scheme are described with the use of known equations of the nonlinear elasticity theory, the theory of nonlinear viscous fluids, and the theory of plastic flow of the material under conditions of finite deformations of the medium. The system of constitutive equations is closed by equations that express the relation between the deformation rate tensor of the material and the deformation rate tensor of the plastic element. Transmission elements are used to take into account a significant difference between macroscopic deformations of the material and deformations of elements of the medium at the structural level. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 50, No. 3, pp. 158–170, May–June, 2009.