91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

您當(dāng)前位置:首頁 > 新聞頻道 > 技術(shù)動態(tài) > 正文
軸向沖擊載荷下薄壁環(huán)形疊管動力屈曲分析

柯治成,柳忠彬,王  歡,李玉如

(四川理工學(xué)院機械工程學(xué)院,四川  自貢  643000)

摘要:根據(jù)屈曲分析的有限元基本理論,利用ANSYS/LS-DYNA通過實體建模對薄壁環(huán)形疊管進行仿真計算,從網(wǎng)格密度、材料屬性、單元類型、接觸類型、沙漏控制等五個方面討論了薄壁環(huán)形疊管在軸向沖擊力作用下的屈曲變化情況,并得到了環(huán)形疊管不同時刻的變形情況和應(yīng)力、應(yīng)變分布情況。結(jié)果表明,采用該軟件進行薄壁環(huán)形疊管的動力屈曲分析是可行的,能夠代替真實實驗,節(jié)省成本。研究薄壁環(huán)形疊管變形、屈曲特征為其在新型吸能元件、工程應(yīng)用方面提出新的思路,對理論分析、實驗指導(dǎo)具有重要意義。

關(guān)鍵詞:軸向沖擊;屈曲分析;薄壁環(huán)形疊管

中圖分類號:TP391.7 文獻標識碼:A

0  引言

 在固體力學(xué)領(lǐng)域屈曲分析是理論與實踐相結(jié)合的應(yīng)用之一,其研究方法分為實驗分析和數(shù)值模擬。在屈曲分析中,特別是涉及到非線性和動態(tài)問題時,實驗分析法無法對中間結(jié)果準確描述,而利用ANSYS中的結(jié)構(gòu)屈曲分析技術(shù)能有效地進行屈曲模擬。

 環(huán)形疊管在軸向沖擊載荷作用下發(fā)生軸對稱的塑性變形,不但能夠高效地吸收能量,并且能按照設(shè)計要求控制碰撞力和速度的變化,因此是緩沖器、減震器等吸能元件的最佳選擇,將其應(yīng)用于汽車及機車車輛被動安全研究領(lǐng)域是一個新思路,而目前對環(huán)形疊管的吸能特性研究很少,壁厚在0.5 mm以下的超薄壁環(huán)形疊管在沖擊載荷下其屈曲行為也更加復(fù)雜。因此,本文利用ANSYS/LS-DYNA中的結(jié)構(gòu)屈曲分析技術(shù)有效地進行屈曲模擬對研究其變形模式和吸能特征提供指導(dǎo)。

1  有限元分析理論

1.1  屈曲分析的有限元理論

 屈曲是指構(gòu)件從一個平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個新的平衡狀態(tài)的過程(轉(zhuǎn)移的過程由微小的干擾導(dǎo)致)。屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷和屈曲模態(tài)。

屈曲現(xiàn)象的Lagrange公式如下:

其中:{at}為節(jié)點加速度矢量;[M]為質(zhì)量矩陣;Fext為施加外力和體力矢量;Fint為內(nèi)力矢量。Fint由下式構(gòu)成:

Fhg為沙漏阻力;Fcontact 為接觸力矢量。

節(jié)點的速度與位移可用下式得到:

為了保證中心差分法穩(wěn)定,時間步長值t應(yīng)滿足以下方程:

其中:tcrit為臨界時間步長;ωmax為系統(tǒng)的最高固有頻率。

顯式時間積分的最小時間步長是由最小單元邊長Lmin和材料的聲速c所決定的:

其中:a為時間步長因子,程序取值為0.9。

2軸向沖擊下環(huán)形疊管數(shù)值模擬

2.1  環(huán)形疊管的幾何構(gòu)型

環(huán)形疊管尺寸參數(shù)如表1所示。軸向沖擊載荷下環(huán)形疊管物理模型如圖1所示。

2.2  薄壁環(huán)形疊管的有限元模型

指定模型網(wǎng)格類型為四邊形網(wǎng)格,其邊長為5 mm,采用ANSYS中映射網(wǎng)格的劃分方法,完成的有限元模型如圖2所示。對薄壁結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分時,全部采用Shell單元并使用能容忍彎曲能力的Belytschko-Wong-Chliang算法。設(shè)置殼單元的剪切因子為5/6、殼單元的厚度為1.5 mm,沿殼的厚度方向采用5點積分。撞擊物用剛體模型,選用8節(jié)點的六面體單元(3D-Solid164)。

2.3  環(huán)形疊管材料參數(shù)、邊界條件及加載

 薄壁環(huán)形疊管采用的材料是ANSYS中的雙線性同性材料,模型的材料采用低碳鋼,其力學(xué)性能參數(shù)如下:屈服極限σs=0.3 GPa,彈性模量E=206 GPa,泊松比υ=0.3,材料密度ρ=7 800 kg/m3,線剪切模量為10 GPa。邊界位移條件為:環(huán)形疊管的底端為固定端,上端受到重500 kg的剛性體以15 km/s的速度沖擊(約束Z方向和X方向的平動和全部轉(zhuǎn)動自由度)。由于單面接觸用于當(dāng)一個物體的外表面與自身接觸或和另一個物體的外表面接觸時,適合定義環(huán)形疊管在軸向沖擊載荷作用下接觸控制,故選用碰撞分析中應(yīng)用最廣的單面自動接觸( Contact_Automatic_Single- Sur-face),靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)均定義為0.3,對材料的沙漏及體積黏性控制采用軟件默認的數(shù)值。

3  求解與結(jié)果分析

在LS-DYNA Program Manager求解器計算完成后,計算結(jié)果寫入D3PLOT文件,利用后處理程序LS-POST對計算結(jié)果進行可視化處理,得到的碰撞力時間歷程曲線見圖3,系統(tǒng)能量分布圖見圖4,不同時刻變形圖見圖5,各個時刻的軸向位移圖見圖6,等效應(yīng)力云圖見圖7,塑性應(yīng)變云圖見圖8。

 由圖3可得:在軸向沖擊載荷作用下薄壁環(huán)形疊管在0 s~0. 02 s受到的撞擊力最大且出現(xiàn)上下波動形態(tài),0. 02 s以后碰撞力趨于穩(wěn)定,這與理論結(jié)果吻合。

由圖4可知:在碰撞仿真中,需要滿足能量守恒,重物的動能從開始的峰值下降到最低,環(huán)形疊管的內(nèi)能逐漸升高達到穩(wěn)定。阻尼和沙漏能量低于總能量10%.說明仿真結(jié)果正確。

 從圖5可以看出:在不同時刻環(huán)形疊管的表面變形為軸對稱變形,變形首先在上端面發(fā)生,并向下發(fā)展.在沖擊載荷最大時變形最為明顯,形成了多層皺折;這一仿真計算結(jié)果真實再現(xiàn)了環(huán)形疊管的動態(tài)漸進屈曲過程。

  圖7顯示了不同時刻環(huán)形疊管的應(yīng)力分布情況,并在每一個子窗口左上角給出了相應(yīng)的應(yīng)力最大值。屈曲首先發(fā)生在自由端,環(huán)形疊管的首次屈曲大約發(fā)生在0. 003 75 s的位置,隨著時間的增加,環(huán)形疊管受到的應(yīng)力也在不斷增加,最大應(yīng)力約為3. 08 GPa,這個值與理論上的結(jié)論(端部效應(yīng))也一致。

4結(jié)論

 本文利用ANSYS/LS-DYNA軟件分析了軸向沖擊載荷作用下的薄壁環(huán)形疊管的動力屈曲問題,闡述了對其進行結(jié)構(gòu)屈曲分析的有限元原理和仿真方法,并通過對一具體薄壁環(huán)形疊管的屈曲現(xiàn)象進行分析得到以下結(jié)論:

 (1)對薄壁環(huán)形疊管進行屈曲分析可找到結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷,為其工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

 (2)薄環(huán)形疊管在軸向沖擊載荷作用下發(fā)生軸對稱的塑性變形,不但能夠高效地吸收能量,并且能按照設(shè)計要求控制碰撞力和速度的變化,因此是緩沖器、減震器等吸能元件的最佳選擇,可將其應(yīng)用于汽車及機車車輛被動安全研究領(lǐng)域。

參考文獻:

[1]韓強,彈塑性系統(tǒng)的動力屈曲和分叉[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[2]  Wilhelm Rust, Karl Schweizerhof. Finite element limit load analysis LS-DYNA [J]. Thin Walled Swctures,2003,21(5):227-244.

[3]楊桂通.結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下的實驗研究[J].力學(xué)學(xué)報,1990,22(3):374-379.

[4]張立玲,高峰.金屬薄壁吸能結(jié)構(gòu)耐撞性研究進展[J].機械工人,2006(1):76-78.

[5]李志斌,虞吉林,鄭志軍,等.薄壁管及其泡沫金屬填充結(jié)構(gòu)耐撞性的實驗研究J].實驗力學(xué),2012,27 (1):77-86.

[6]龍述堯,陳仙燕,李青,矩形截面錐形薄壁管關(guān)于能量吸收和初始碰撞力峰值的優(yōu)化[J].工程力學(xué),2007,24(11):70-75.

[7]韓強,彈塑性系統(tǒng)的動力屈曲和分叉[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[8]劉濤,楊風(fēng)鵬,李貴敏,等.精通ANSYS[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

  Dynamical Buckling Specialty of Thin Ring Pile Tube under Axial Impact Load

KE Zhi-cheng, LIU Zhong-bin, WANG Huan, LI Yu-ru

  (College of Mechanical Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, China)

Abstract: According to the basic theory of finite element buckling analysis, by use of ANSYS/LS-DYNA, the simulation calculation of thin-walled ring pile tube was carried out by solid modeling. Changing situation of buckling of thin-walled ring pile tube under axi-al impact force was discussed from the aspects of mesh density, material properties, element type, contact type, hourglass control.Deformation, stress, strain distribution of thin-walled ring pile tube at different moments were obtained. The result shows that using the software to carry out buckling analysis of thin-walled ring pile tube is feasible, can replace the real experiment, and cut down the cost. Studying thin-walled ring pile tube deformation and buckling characteristics put forward a new train of thought for its applica-tion in new energy absorption components, being of a great significance for the theoretical analysis and experiment guidance.

Key words: axial impact; buckling analysis; thin-walled ring pile tube

關(guān)鍵字:
About Us - 關(guān)于我們 - 服務(wù)列表 - 付費指導(dǎo) - 媒體合作 - 廣告服務(wù) - 版權(quán)聲明 - 聯(lián)系我們 - 網(wǎng)站地圖 - 常見問題 - 友情鏈接
Copyright©2014安裝信息網(wǎng) www.78375555.com. All rights reserved.
服務(wù)熱線:4000-293-296 聯(lián)系電話:0371-61311617 傳真:0371-55611201 QQ: 郵箱:zgazxxw@126.com 豫ICP備18030500號-4
未經(jīng)過本站允許,請勿將本站內(nèi)容傳播或復(fù)制
安全聯(lián)盟認證