论文部分内容阅读
随着经济的发展，人们对于安全及防护问题越来越重视，而薄壁壳体结构，由于其独特的几何构型可以在很少质量的情况下提供优异的空间并有足够的结构防护能力。本文以半球壳、球壳为研究对象，研究其组合结构形式的吸能形式，开展了半球壳、充液半球壳、双层流液球壳以及球壳阵列在冲击作用下的动力响应及其吸能能力。主要工作如下：进行了半球壳、充液半球壳及其组合结构的实验研究，获得了冲击力时程曲线及其变形模式，研究了径厚比对于壳体的变形模式、顶点位移和接触力峰值的影响。利用数值模拟考察半球壳接触力、顶点位移以及能量吸收这三个指标，研究了径厚比、落锤质量和动量对内空半球壳动态响应的影响，对比了两类充液半球壳组合结构的耐撞性，并通过两个能量吸收评估指标（比吸能和压缩力效率）综合分析三类结构的耐撞性。运用数值模拟对金属空心球阵列的冲击动力响应及吸能能力进行了分析。讨论了沿冲击方向相对密度均匀(UNI)、相对密度周期性增加(INC)、相对密度周期性减小(DEC)的金属空心球阵列在不同冲击速度下(10m/s、50m/s、100m/s和150m/s)的动态响应。得到了三种模型在四种冲击速度下的变形模式以及冲击端和固定端的名义应力-应变曲线，通过将三种模型的密实化应变能和理想能量吸收效率进行比较得到了在四种冲击速度下最佳的吸能结构。通过实验和数值模拟分析得到以下结论：（1）内空半球壳冲击作用下的变形过程可以分为三个阶段：壳体顶点局部压平阶段，轴对称向内凹陷阶段以及多边形变形阶段；随着径厚比的增加，半球壳顶点位移增大，接触力减小，未压缩区域会发生较明显的横向扩展。落锤动量变化会改变半球壳的动态响应时间。在小能量冲击下，如果落锤质量相同，则半球壳的动态响应时间基本一致。（2）充液半球壳组合结构冲击作用下的变形过程可以分为四个阶段：局部变平阶段；轴对称向内凹陷阶段；凹陷区域熨平阶段；变形恢复阶段。对比三种结构发现双层充液半球壳是一种可靠的防护结构。（3）三种形式相对密度分布的金属球形阵列就密实化应变能而言在150m/s时DEC模型最佳，UNI模型在另三种冲击速度下最佳；就理想能量吸收效率而言在100m/s和150m/s时DEC模型最佳，在另外两种速度下UNI模型最佳。