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原文传递异面交错式铝芯吸能特性研究

论文题名：	异面交错式铝芯吸能特性研究
关键词：	车辆被动防护;交错式铝芯;多孔结构;垂向承载;轴向吸能
摘要：	多孔材料如铝蜂窝等具有优良的缓冲吸能性能，被广泛应用于交通车辆被动防护系统中，用来吸收车辆意外碰撞事故中的冲击能量。但因自身结构在空间内并不完全对称，使得铝蜂窝共面和异面承载性能存在很大的差异。本文在分析铝蜂窝结构特点和吸能特性关系的基础上，提出了一种新的多孔结构—交错式铝芯，并对其吸能特性进行了重点研究，具体工作如下: 　　(1)基于能量守恒原则和弹塑性理论，对共面压缩下的“Z型交错式结构胞元”进行力学分析，建立了交错式铝芯共面初始峰值应力模型。　　(2)运用数值仿真模拟了交错式铝芯在准静态载荷下的吸能特性。首先，仿真结果表明，交错式铝芯共面压缩和异面压缩应力-应变曲线均可分为三个阶段:弹性变形阶段、稳态塑性变形阶段和密实化阶段。其次，仿真结果验证了交错式铝芯共面初始峰值应力模型的正确性。再者，还研究了胞元壁厚、边长对交错式铝芯异面吸能特性的影响，结果表明，其吸能能力随着胞元壁厚的增大而增强，随着胞元边长的增大而降低;并用MATLAB拟合出了交错式铝芯异面平均应力的经验计算公式。　　(3)在理论和仿真分析的基础上，通过准静态压缩实验研究了交错式铝芯与同规格蜂窝的吸能特性，验证了理论模型和仿真模型的正确性。其次，非轴向加载实验结果显示，在0°～45°偏移角内，交错式铝芯的吸能能力随着偏移角度的增大而增强，而蜂窝的体积比吸能随着偏移角度的增大急剧下降，这说明了交错式铝芯承受多向载荷的能力优于蜂窝。　　(4)此外，还对交错式铝芯动态吸能特性进行了实验研究，结果表明，交错式铝芯在冲击载荷下应力-应变曲线波动较大，力学特性不稳定，且试件呈现局部失效状况，可靠性有待提高。　　(5)针对交错式铝芯在冲击载荷下吸能可靠性不足的问题，提出了包覆型交错式铝芯的优化方案。通过实验研究了该方案垂向承载能力和轴向吸能能力，结果表明，相对于纯交错式铝芯，包覆型交错式铝芯吸能可靠性有明显提高，为后续交错式铝芯的实际应用提供了理论支持和实验依据。
作者：	谢永梅
专业：	机械设计及理论
导师：	郝广平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文