[发明专利]诱导薄壁管件吸能的主动控制方法

说明书

本发明涉及结构模态分析技术领域，公开了一种诱导薄壁管件吸能的主动控制方法，以提高吸能结构的吸能能力并确保稳定的变形模式。本发明方法包括：获取待分析的薄壁方管的结构参数；根据结构参数预测薄壁方管的在冲击荷载作用下的叠缩屈曲皱褶个数、并计算薄壁方管发生叠缩变形的平均力、有效塑形铰半波长度和原始吸能量；建立薄壁方管的有限元模型，对薄壁方管进行有限元模态分析，并根据增设隔板数量与预期吸能之间的收敛公式确定增设隔板的数量；然后将所增设的隔板分别设置在所选择的高阶正弦屈曲模态的振型图的相应振型节点处；对增设隔板后的改进结构，建立方管撞击动力学仿真计算力学模型，进行仿真分析，比较优化前后的吸能特性。

技术领域

本发明涉及结构模态分析技术领域，尤其涉及一种诱导薄壁管件吸能的主动控制方法。

背景技术

交通碰撞事故严重威胁人们的生命财产安全，采用缓冲吸能装置进行碰撞被动安全防护成为重要举措，金属薄壁管件在轴向压缩下产生屈曲变形吸收冲击动能被广泛应用于吸能装置中。但薄壁管件的变形模式受结构的几何尺寸、初始条件、边界条件、材料特性的影响，变形模式的产生存在随机性，在不同速度条件下，同一薄壁方管可能产生紧凑模式或非紧凑模式。因此，为优化薄壁方管的吸能特性，通过预制裂纹沟槽、预设横隔板等局部附加结构等诱导结构。

实际上，每种结构有自己的固有频率和振型。藉此，本发明借鉴结构模态分析技术，得到结构不同阶次的轴向正弦屈曲振型，在振型节点处加隔板，约束振型节点的位移，固定塑性铰产生的位置，诱导薄壁方管结构朝该振型的屈曲模式发展。为增大结构的吸能量，通过激发结构的高阶正弦屈曲模态有效地诱导结构朝吸能能量增大、变形稳定的趋势发展。既可以提高设计效率，也能最大限度提高吸能结构的吸能能力和稳定的变形模式。

发明内容

本发明目的在于公开一种诱导薄壁管件吸能的主动控制方法，以提高吸能结构的吸能能力并确保稳定的变形模式。

为实现上述目的，本发明公开了一种诱导薄壁管件吸能的主动控制方法，包括：

第一步、获取待分析的薄壁方管的结构参数；所述结构参数包括边长为b，壁厚为t，总长为L；

第二步、根据所述结构参数预测所述薄壁方管的在冲击荷载作用下的叠缩屈曲皱褶个数N₁、并计算所述薄壁方管发生叠缩变形的平均力F_m、有效塑形铰半波长度H和原始吸能量E₁；

第三步、建立所述薄壁方管的有限元模型，对所述薄壁方管进行有限元模态分析，选择轴向阶次振型图显示的皱褶个数大于N₁的高阶正弦屈曲模态；然后根据增设隔板数量N₂与吸能E₂之间的收敛公式确定增设隔板的数量；然后将所增设的隔板分别设置在所选择的高阶正弦屈曲模态的振型图的相应振型节点处；其中，所述增设隔板数量N₂与吸能E₂之间的收敛公式为：其中，δ_e为皱褶压缩率；

第四步、对增设隔板后的改进结构，建立方管撞击动力学仿真计算力学模型，进行仿真分析，比较优化前后的吸能特性。

可选地，上述第二步的相关计算公式包括：

F_m/M₀＝52.22(b/t)^1/3；

M₀＝σ₀t²/4；

N₁＝L/(2H)；

E₁＝F_mHδ_eN₁；