能量吸收裝置耐撞性研究畢業(yè)論文

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：　　　　　日　期：　　　　　指導(dǎo)教師簽名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解

2、XX大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：　　　　　日　期：　　　　　1引言1.1圓環(huán)耐撞性研究的意義近年來(lái)，各種車輛、船舶、飛行器的數(shù)量越來(lái)越多，速度越來(lái)越快，碰撞事故也隨之日益增加，每年都要造成嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

3、解決這個(gè)問(wèn)題的主要途徑，是研究和提高各種車輛、船舶、飛行器結(jié)構(gòu)的耐撞性(structuralcrashworthiness)[1]。術(shù)語(yǔ)“耐撞性”指的是當(dāng)車輛等卷入或經(jīng)歷碰撞時(shí)響應(yīng)性質(zhì)的優(yōu)劣。眾多學(xué)者已對(duì)金屬吸能結(jié)構(gòu)，如圓管的卷曲、方管的卷曲和漸進(jìn)屈曲、截殼體、圓管和圓環(huán)以及在其中填充泡沫塑料等進(jìn)行了大量的研究。工程上特別關(guān)心如何評(píng)估結(jié)構(gòu)受沖擊后的整體性能、如何提出合理的設(shè)計(jì)方案及如何制定有效的防護(hù)措施等問(wèn)題。目前，工程實(shí)際中比較切實(shí)有效的手段就是設(shè)計(jì)并采用性能優(yōu)異的能量吸收裝置(energyabs

4、orbingdevices)，或者叫能量耗散裝置(energydissipatingdevices)[2]，這項(xiàng)工作現(xiàn)己成為結(jié)構(gòu)安全防護(hù)中重點(diǎn)課題。同時(shí)，在某些特定的情況(例如飛行器的緊急著陸，核電站和高速公路旁重要設(shè)施的防護(hù)等等)下，已有結(jié)構(gòu)難以滿足吸收全部碰撞能的要求，需要設(shè)計(jì)一些特殊的結(jié)構(gòu)元件作為能量吸收裝置，這種裝置必須具有良好的塑性變形性質(zhì)，使得撞擊動(dòng)能通過(guò)結(jié)構(gòu)的大塑性變形和破壞過(guò)程被耗散掉，從而大大降低沖擊力的幅值，減緩沖擊效應(yīng)，使之保持在結(jié)構(gòu)所能耐受的指標(biāo)水平上。受橫向載荷的圓環(huán)（圖1

5、.1）就是以塑性彎曲為其主要能量耗散機(jī)制的。圖1.1在一對(duì)剛性平板間受壓的圓環(huán)（a）初始構(gòu)形；（b）變形后的形狀在工作載荷下，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（例如，用于圖謀工程和機(jī)器中的結(jié)構(gòu)）只發(fā)生很小的彈性變形。這些結(jié)構(gòu)通常要求在規(guī)定的載荷下具有一定的強(qiáng)度和剛度，所以材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要基于結(jié)構(gòu)必須承受的彈性應(yīng)力或者應(yīng)變。失效多是由于疲勞、腐蝕，或者是由于長(zhǎng)時(shí)間使用引起的材料老化。能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析大不相同。能量吸收結(jié)構(gòu)必須承受強(qiáng)碰撞載荷，所以它們的變形和失效涉及到幾何大變形應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)應(yīng)

6、變率效應(yīng)以及不同變形模式（如彎曲和拉伸）之間的各種交互作用。因?yàn)檫@些原因，大多數(shù)能量吸收器用韌性金屬制成，低碳鋼和鋁合金是使用最廣泛的。目前在金屬吸能裝置領(lǐng)域的研究可分為兩類：一類是金屬吸能元件（包括與其它吸能材料組合而成的吸能裝置）；另一類是利用金屬塑性成形和金屬切削原理的能量吸收裝置。對(duì)于能量吸收裝置的具體要求必須根據(jù)使用場(chǎng)合的不同以及具體使用工況的不同而定，不存在處處適用或絕對(duì)最優(yōu)的能量吸收裝置。由于碰撞工況的不同和安裝部位的不同，對(duì)能量吸收裝置的具休要求各不相同，但一般說(shuō)來(lái)，以下幾點(diǎn)要求是共

7、同的：(1)碰撞動(dòng)能應(yīng)盡可能不可逆地轉(zhuǎn)換成變形能，也就是說(shuō)，應(yīng)該以塑性變形而不是彈性變形來(lái)貯存這種能量；(2)在碰撞條件下，能量吸收裝置的變形模式應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定，具有可重復(fù)性和可靠性,且傳遞的反力波動(dòng)小，保持常幅值；(3)在吸收能量的過(guò)程中，應(yīng)控制碰撞力和減速度，在大變形下應(yīng)具有接近定常數(shù)的承載能力，以保護(hù)人員和重要結(jié)構(gòu)。生物力學(xué)的研究指出人的顱腦系統(tǒng)的忍受度可用下式表達(dá)：其中GSI稱為Godd指標(biāo)，是加速度(或減速度)，以重力加速度g為單位，t是時(shí)間，單位是毫秒，T是經(jīng)歷加速度的總時(shí)間，1000是正常成

8、人顱腦損傷的門檻值。從上式易證明，在給定初速和碰撞距離的條件下，使GSI取極小的減速過(guò)程，是為常數(shù)的勻減速過(guò)程。因此，良好的能量吸收裝置，在大變形下應(yīng)具有接近定常數(shù)的承載能力；(4)裝在飛行器和汽車上的能量吸收裝置，應(yīng)該自重較輕，具有良好的“比耗能”，即單位自重所能吸收的能量值要高；(5)為了吸收更多的總動(dòng)能，它應(yīng)能提供足夠長(zhǎng)的變形行程，而且在變形后不占據(jù)過(guò)大的空間或造成次生破壞；(6)由于能量吸收裝置通常都是一次使用結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)該成本低廉，便于制造和更換[3][18