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1、第12讲：汽车结构件的碰撞力学设计和分析知识点分割、停顿点薄壁管件轴向压溃设计和分析如何设计薄壁管件以实现结构功能？Page 3约束条件：可占用空间，边界约束条件，重量，制造工艺 设计要求：载荷水平，能量吸收，设计要素：材料选择，截面形状，壁厚 薄壁管件在碰撞压溃中的主要变形模式Page 5有周边部件约束的情况薄壁管件压溃试验中的一些变形模式薄壁管件在轴向压溃变形模式中吸收能量Page 5Page 6薄壁管件在轴向压溃变形模式中吸收能量类比：铝材易拉罐的轴向压溃Page 750kg质量冲击块2m/s 冲击速度50kg质量冲击块3m/s 冲击速度薄壁结构件的两种基本变形和能量吸收模式 轴向压溃变
2、形正面碰撞，方向偏差不大，比如5-10以内碰撞能量吸收最有效的机制 弯曲变形侧面碰撞中的B柱变形正面碰撞中A柱的屈曲偏置或斜碰撞中对远侧纵向管件的载荷 轴向压溃与弯曲变形的混合模式实际碰撞中通常出现的形式，但由于较难预测，希望尽量避免Page 8知识点分割、停顿点塑性铰的概念塑性铰的概念 简支梁弯曲屈服Page 10弯矩最大值梁横截面应力分布力逐渐增加简支梁屈服点处弯曲曲率不断增加，而横截面的抗弯能力不再增大由此该处形成一塑性铰理想弹塑性理想刚塑性模型Page 11简化与塑性变形相比，弹性变形和能量吸收非常少理想弹塑性理想刚塑性塑性变形弯矩：屈服应力：梁的截面宽度：梁的截面高度241hbYMp
3、基于功平衡计算载荷Page 12弯矩最大处的截面，因忽略材料弹性阶段，故直接进入塑性阶段塑性铰外力功与内力功平衡：)2(pMFd假设小挠度变形的几何关系：2LdLMFp4薄壁方管轴向压溃 有限元模拟Page 13薄壁方管轴向压溃变形模式和机理Page 14Ref:Abramowicz and Jones(1984),Dynamic axial crushing of square tubes,Int.J.Impact Engng,pp.179-208方管压溃的力学模型Page 15塑性铰线Ref:Wierzbicki and Abramowicz(1983),On The Crushing M
4、echanics of Thin-Walled Structures,J.Appl.Mech.,pp.727-734塑性变形的集中区域（阴影部分）在每个代表单元中，有4 个梯形块围绕塑性铰线相对做刚性运动 移行塑性铰形成梯形块之间的圆柱面，消耗塑性功从有限元动画中观察塑性铰线的移动Page 161234移行塑性铰塑性变形的集中区域（阴影部分）相邻梯形块之间的环状表面是拉伸区域，塑性功以材料在周向方向伸长变形的形式消耗 在变形过渡区域，材料沿着倾斜的铰线发生弯曲，继而反向弯曲，曲率由正值连续变化到负值Page 17变形后表面面积比变形前大，产生膜力拉伸方管折叠压溃的机理 观察褶皱的形成 观察移动
5、的塑性铰线，初始位置与最终位置不同 拉伸区域在管子的棱线附近Page 18功平衡 通过几何关系计算内力塑性功 塑性铰线处的弯曲变形功 拉伸区域膜力消耗的功 外力功 施加的外力在位移方向上做功Page 19int123.extmWWP HWWW计算压溃力和褶皱长度Page 20根据最小耗能原理，由力达到最小值得到变形区域的大小：利用功平衡得到力的函数表达式，两个未知变量是褶皱周期长度H 和弯曲半径 r：rHfPm,0,0rPHPmm313556.9chYPm3231983.0chH 其中 h 是管壁厚度，c 是管子截面尺寸如果只有弯曲变形，P 正比于 h2如果只有膜伸长变形，P 正比于h管子压溃
6、褶皱变形中两种模式同时存在，故 P 正比于1次和2次指数之间 1.67 次方轴向压溃的稳定性 发生整体弯曲或非紧凑变形模式结构的能量吸收能力和效率大大降低结构响应难以预测 非稳定变形模式的发生条件和影响因素局部屈曲发生条件与紧凑式稳定变形发生条件的竞争管子太长导致整体失稳，壁厚太薄导致局部失稳方管壁厚与截面尺寸之比 h/c 需满足：端部边界约束条件加载的对称性及结构的几何缺陷Page 21212/148.0/EYch铝挤压多孔管件Page 22050100150200250050100150200250300350压溃力(kN)位移(mm)空心管，t=3mm有内部网格的管件，t=2mm轴向压溃AA 6082 铝材80mm x 80mm x 400mm更多的几何不相容性压溃中更多的相互作用更大及更稳定的能量吸收知识点分割、停顿点周末工程硕士班结束点后面找机会补录，如果没时间，下一轮安排