ISSN 1000-0054
CN 11-2223/
N
清华大学学报 (自然科学版)
J T singhua U niv (Sci & T ech),
2004 年第44 卷第5 期
2004,Vol. 44,No. 5
34/ 36
709-712
泡沫填充圆管的动态轴向压缩吸能特性
桂良进, 范子杰, 王青春
(清 华大学 汽车安全与节能国家重点 实验 室,北京 100084)
收稿日期:2003-06-26
基金项目:教育部高等学校博士学科点专 项科研基金资助项目
(2001000306)
作者简介:桂良进(1971-),男(汉),江西,讲师。
E-mail:gui@ mail. tsinghua.edu. cn
摘 要:为开发可用于汽车安全设计和航天器回收等领域
的新型碰撞吸能结构,在泡沫填充圆管受准静态轴向压缩吸
能特性分析模型的基础上,建立了轴向压缩条件下的动态吸
能特性分析模型。分析结果表明,加载速率对泡沫填充圆管
的吸能能力有较大影响,吸能能力随加载速率的增大而提
高。该文还采用
LS
-
DY N A
软件对泡沫填充圆管的轴向压缩
吸能过程进行了数值模拟,并与理论分析结果进行了对比。
结果表明,二者具有较好的一致性。
关键词:泡沫;圆管;能量吸收;动态压缩
中图分类号:T B 3 83 文献标识码:A
文章编号:1000-0054(2004)05-0709-04
Energy-absorption pr oper ties of
foam-filled circular tubes subjected
to dynamic axial crushing
GUI Liangjin,FAN Zijie ,W ANG Q ing chun
(State Key L aboratory of Automotive Safety and Energy,
T sing hua U n iver sity,Beijing 100084,China)
Abstract:An analytical m odel for the energy-absorpt ion properties
o f foam -filled circula r tubes subjected to dyna mic ax ial crushing w a s
develo ped o n t h e basis of a qua si-static m o del of foam -fil led cir cular
tubes to design energy-absorption structures used for vehicle safety
and spacecr aft return. T he analysis show s th at the
energy-absor ptio n capability increases w ith increasing cr ushing
velocity. T he energy-absorption properties of the foam-filled
circular tubes subjected to axial crushing were also investigated
num erically using LS -DYN A softw are. T he numerical results agree
w ell w ith the analytical results.
Key words:foam; circular tube; energy-abso rption; dynamic
crushing
泡沫填充管是一种新型碰撞吸能结构,具有很
好的吸能特性,可广泛应用于汽车被动安全性设计、
航天器回收等领域。近年来,R e i d 等
[1 ]
、A b r a m o w -
icz
和
Jones
[2 ]
以及
Hanssen
等
[3]
对泡沫填充后的圆
截面和方形截面铝管的吸能特性进行了大量试验研
究。
Hanssen
等
[4]
研究发现,可以用泡沫屈服应力、
管的直径(或截面宽度)、管壁强度和管壁厚度所组
成的经验公式来准确地预测泡沫填充管的平均压溃
力。桂良进等
[5]
建立了泡沫填充圆管受准静态轴向
压缩吸能特性分析模型,分析了几何参数和材料参
数对吸能特性的影响,并对其结构参数进行了优化。
在此基础上,本文通过理论分析和数值模拟,研究泡
沫填充圆管受动态轴向压缩时的吸能特性,确定加
载速率对其吸能特性的影响。
1 动态压缩特性分析
研究图 1 所示泡沫填充圆管受动态轴向压缩且
发生轴对称屈曲时的吸能特性。图中:r 和 t 分别为
圆管半径和壁厚,
h
为屈曲半波长,
α
为褶皱与圆
管轴线的夹角,P
d
为动态平均压溃力。
图 1 泡沫填充圆管吸能特性分析模型
1. 1 圆管动态吸能特性
准静态压缩条件下,圆管的平均压溃力为
[5]
P
c
=
1
2
πt
2
+πt 2πr t σ
0
,(1)
式中
σ
0
为圆管管壁材料的屈服极限。