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《低速?zèng)_擊下泡沫金屬填充薄壁圓管的彎曲行為》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、第32卷第2期爆炸與沖擊Vol．32，No．22012年3月EXPLOSIONANDSHOCKWAVESMar．，2012文章編號(hào):1001-1455(2012)02-0169-05*低速?zèng)_擊下泡沫金屬填充薄壁圓管的彎曲行為1，222謝中友，虞吉林，鄭志軍(1．銅陵學(xué)院土木建筑系，安徽銅陵244000;2．中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院材料力學(xué)行為和設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥230026)摘要:采用實(shí)驗(yàn)方法研究了低速?zèng)_擊下泡沫金屬填充薄壁圓管的彎曲行為，詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)方法和原理。通過(guò)與準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，沖擊加載使泡沫金屬填充
2、圓管跨中截面的局部壓入變形增大，跨中截面高度變小，結(jié)構(gòu)下緣拉裂破壞延遲。由于結(jié)構(gòu)的慣性效應(yīng)，錘頭總沖擊力高于準(zhǔn)靜態(tài)加載時(shí)的對(duì)應(yīng)值。關(guān)鍵詞:固體力學(xué);彎曲;低速?zèng)_擊;薄壁圓管中圖分類號(hào):O347．3國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼:13015文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A薄壁圓管在遭受到橫向撞擊時(shí)，容易發(fā)生局部壓入變形，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力大大降低。泡沫金屬是一種新型的多孔材料，具有低密度、高比強(qiáng)度和比剛度的特點(diǎn)。用泡沫金屬來(lái)填充薄壁圓管，可以在結(jié)構(gòu)質(zhì)量增大不多的情況下，大大提高結(jié)構(gòu)抵抗局部變形能力，因而提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。文獻(xiàn)［1-3］用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究
3、了泡沫鋁合金填充薄壁圓管的彎曲行為，結(jié)果表明填充泡沫鋁后結(jié)構(gòu)承載力有很大提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，其變形可分為壓入、壓入彎曲和管壁下緣拉裂破壞3個(gè)階［2］段。進(jìn)而，在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上分析了結(jié)構(gòu)的承載機(jī)理，同時(shí)研究了部分填充管的填充長(zhǎng)度對(duì)結(jié)構(gòu)［3］［4］承載能力的影響。L．W．guo等提出了一種新型的泡沫金屬夾芯雙管結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的填充管具有更好的承載性能和吸能效果。經(jīng)受沖擊載荷的結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)同靜載情況相比，有著許多不同的規(guī)律。沖擊加載會(huì)改變結(jié)構(gòu)的變形模式，引起材料的應(yīng)變率效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的慣性效應(yīng)。另外，撞擊物的巨大動(dòng)能會(huì)引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超
4、大變形、屈曲、斷裂，甚至垮塌失效，造成災(zāi)難性事故，因此研究結(jié)構(gòu)的耐撞性有很大的學(xué)術(shù)和工程意義。泡沫金屬有著良好的吸能性能，可以承受很大的塑性變形，且不會(huì)像實(shí)體結(jié)構(gòu)那樣發(fā)生突然的斷裂垮塌，因此［5-6］泡沫夾芯結(jié)構(gòu)在承受沖擊載荷方面具有非常優(yōu)良的力學(xué)性能。本文中擬主要研究低速?zèng)_擊下泡沫金屬填充薄壁圓管的彎曲行為。通過(guò)與準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，得到2種加載條件下結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的差別，并重點(diǎn)分析其中的機(jī)理。1實(shí)驗(yàn)方法1．1實(shí)驗(yàn)裝置及原理動(dòng)態(tài)彎曲實(shí)驗(yàn)在導(dǎo)軌式落錘實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將落錘提升至預(yù)定高度H，釋放后沿導(dǎo)軌自由下落對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施
5、沖擊加載。忽略導(dǎo)軌摩擦，落錘撞擊試件前為自由落體運(yùn)動(dòng)，初始沖擊速度可近似按式v0=槡2gH計(jì)算，其中g(shù)為重力加速度。落錘錘頭的剛度遠(yuǎn)大于泡沫金屬填充圓管結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剛度，加之錘頭設(shè)計(jì)較為緊湊，因此落錘系統(tǒng)自振頻率的特征時(shí)間遠(yuǎn)小于沖擊力響應(yīng)時(shí)間。因此，在研究泡沫金屬填充圓管的結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)時(shí)，可將落錘錘頭當(dāng)作剛體，錘頭對(duì)試件的沖擊力p(t)可以近似按式p(t)=ma(t)計(jì)算，其中m為錘頭加配重后的總質(zhì)量，a(t)為錘頭加速度，t為時(shí)間。雖然錘頭的剛度和加速度傳感器的埋設(shè)方式對(duì)加速度信號(hào)有影響，但只是在原始信號(hào)上迭加了高頻信號(hào)，這種
6、影響可以通過(guò)將加速度信號(hào)對(duì)時(shí)間積分加以消除。*收稿日期:2010-12-24;修回日期:2011-04-16基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(90205003，10532020，10672156)作者簡(jiǎn)介:謝中友(1976—)，男，博士研究生，講師。170爆炸與沖擊第32卷因此，可以較準(zhǔn)確地計(jì)算試件上表面沖擊點(diǎn)速度和位移隨時(shí)間變化的信號(hào)ttv(t)=v0－∫a(t)dt，s(t)=∫v(t)dt00進(jìn)而，可以得到?jīng)_擊力與錘頭位移之間的關(guān)系曲線。1．2試件制備試件由薄壁圓管內(nèi)填泡沫金屬構(gòu)成，管壁與泡沫鋁合金芯棒間未加粘接，間隙為0
7、．15mm。薄壁圓管材料為AA6063T6鋁合金，外徑D=38mm，有3種不同的壁厚:δ=1．0，1．5，1．8mm。泡沫金屬芯基3體材料為鋁硅合金，主要成分為:工業(yè)鋁88%、硅7%、鈣4%、鐵1%，基體密度約為2．98g/cm。選用33的泡沫金屬平均胞孔尺寸為4～6mm，密度取2種，分別為ρ1=0．486g/cm和ρ2=0．518g/cm。管壁材料和泡沫金屬的基本力學(xué)性能詳見(jiàn)文獻(xiàn)［2］。表1試件編號(hào)方法試件總長(zhǎng)300mm，由2個(gè)距離為250mm的固定支座Table1Numberingmethodofspecimens上的剛性
8、圓柱支撐，跨中加載，壓頭和支撐圓柱直徑均為3截面形狀加載方式δ/mmρ/(g/cm)10mm。為了更深入地了解低速?zèng)_擊下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的特點(diǎn)，1．00S同時(shí)開(kāi)展了準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究作為比較。準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)在C1．5ρ1DMTS810材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，載荷和位移數(shù)據(jù)分別由力傳1．8ρ2感器和
