受沖板殼結(jié)構(gòu)的彈塑性力學(xué)特性分析

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第13卷第1期振動(dòng)工程學(xué)報(bào)Vo】．i3No．12000年3月Journa1ofVibrationEngineeringMar．2000受沖板殼結(jié)構(gòu)的彈塑性力學(xué)特性分析‘一島雷正保壁查竺：一云弓(·長(zhǎng)沙交通學(xué)院汽車系長(zhǎng)沙，410076)(湖南大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院長(zhǎng)沙，410082)摘要采用基于融動(dòng)坐標(biāo)系的4節(jié)點(diǎn)假設(shè)應(yīng)變場(chǎng)殼單元及顯式有限元方法分析受沖板殼結(jié)構(gòu)的彈塑性力學(xué)特性．材料模型采用彈塑性等向強(qiáng)化模型，接麓搜尋采用一體化接撒搜尋方法，接k麓力由罰參數(shù)法計(jì)算，算倒表明：該方法簡(jiǎn)明、直觀、快捷、方便。關(guān)鼉?cè)~：折楹結(jié)構(gòu)，變形苧望

2、壘；有限元，板殼棄鏈豐勾、擊青星，嘏}昆’季：；辦中圈分糞號(hào)：THu。。-。P自’‘板殼結(jié)構(gòu)是汽車、飛機(jī)、輪船、列車等載運(yùn)工具最常用的結(jié)構(gòu)形式，研究受沖板殼結(jié)構(gòu)的彈塑性大變形力學(xué)特性在這些載運(yùn)工具的設(shè)計(jì)制造中有兩大應(yīng)用領(lǐng)域0]：其一是確定受沖板殼結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中的極限承載能力。典型實(shí)飼是某些汽車底盤中的A傳動(dòng)軸受沖抗力峰值的確定問(wèn)題，在這些汽車中，卣傳動(dòng)軸及萬(wàn)向節(jié)頭構(gòu)成的傳動(dòng)軸系統(tǒng)成為燃油箱的相鄰部件，為了避免汽車碰擅事故中因萬(wàn)向節(jié)的斷裂而導(dǎo)致位于燃油箱后部的A傳動(dòng)軸直接擅擊燃油箱及位于燃油箱旁邊的B傳動(dòng)軸在受擅擊時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的變形而擠壓燃油箱，通常將離燃油箱相對(duì)較遠(yuǎn)的A傳動(dòng)軸

3、設(shè)計(jì)成由兩節(jié)具有不同直徑的同心薄壁園管及一個(gè)與它們相連的過(guò)渡頸縮區(qū)共三部分組成，且使A傳動(dòng)軸的極限承載能力小于萬(wàn)向節(jié)頭及B傳動(dòng)軸的極限承載能力，以確保碰擅事故發(fā)生時(shí)，A傳動(dòng)軸將先于萬(wàn)向節(jié)頭及B傳動(dòng)軸被破壞，可見t正確確定A傳動(dòng)軸的抗力峰值，是確保這類傳動(dòng)軸系統(tǒng)能夠按預(yù)期方式起作用的關(guān)鍵。其二是確定作為沖擊能量吸收裝置的板殼結(jié)構(gòu)的噯能棒蛙典型實(shí)例是汽車前部縱向碰擅吸能梁的設(shè)計(jì)問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)資料表明，在汽車碰擅事故中，碰擅發(fā)生在汽車前方位的情況占事故總數(shù)的58以上，且由此造成的乘員死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的6z以上，可見，汽車前方位不僅是碰擅事故的高發(fā)區(qū)，而且還是乘員生命安全的高危區(qū)。

4、吸能梁既是吸收汽車前部縱向碰擅能量的主要結(jié)構(gòu)，又是控制碰撞能量在汽車中的分布情況的主要裝置，因此，碰擅中吸能梁的變形過(guò)程備受人們關(guān)注。在以前的板殼設(shè)計(jì)中，出于理論水平的無(wú)奈，人們不得不完全依賴試驗(yàn)室的結(jié)論，而要想利用這只能在設(shè)計(jì)周期的后期才能獲得的結(jié)論擊改進(jìn)設(shè)計(jì)，通常必須付出高昂的代價(jià)，同時(shí)，時(shí)間和資金的限制，難以考慮多種解決問(wèn)題的方案，制約了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化啪。國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：59725511)、博士點(diǎn)基金(編號(hào)；98053208)~交通部重點(diǎn)科技攻關(guān)(950602—13)資助項(xiàng)目收稿日期,1998-12—24}修改稿收到日期1999—04—22維普資訊http:/

5、/www.cqvip.com第1期雷正保等：受沖板殼結(jié)構(gòu)的彈塑性力學(xué)特性分析1基本原理1．1隨動(dòng)坐標(biāo)系本文采用4節(jié)點(diǎn)殼單元，在每一個(gè)單元的中面定義隨動(dòng)坐標(biāo)系如下(見圖1)s3一，31×^2(1)=／ls3l(2)sl=，21一(，21·)(3)el—sl／ls1l(4)2一×e1(5)該隨動(dòng)坐標(biāo)系與單元一起運(yùn)動(dòng)，所有的物理量都在隨動(dòng)坐標(biāo)系中定義。1．2控制方程圈1隨動(dòng)坐標(biāo)系由Hu—Washizu變分原理并化簡(jiǎn)可得控制方程船(Jfr'r~d+MO—F州一P)+f(一廠)d丌=0(6)tJ其中為外力矢量；為接觸力矢量；M為質(zhì)量矩陣；為Cauchy應(yīng)力張量；為假定的應(yīng)力場(chǎng)；為應(yīng)變

6、一位移矩陣；廠為假定應(yīng)變場(chǎng)的應(yīng)變一位移矩陣；口為節(jié)點(diǎn)速度矢量；療為節(jié)點(diǎn)加速度矢量；為物體邊界域。選擇應(yīng)力場(chǎng)使(一t-)Ud=。(7)則控制方程為MO=+—P(8)式中Pm：f／'~ad(9)1—3應(yīng)變一位移矩陣由等參插值，得單元中面的位移模式為U=({，)￡，(10)式中U為單元中面的位移矢量；￡，為節(jié)點(diǎn)位移矢量；({，r／)為形函數(shù)矩陣，可寫為({，)一÷(，+{z++hh)(11)這里一[1，1，1，1]，h=[1，一1，1．一1]，]z一[一1，1，l，一1]，掌一[一1，一1，1，1]}(12)h：}J令：{[，一(t~X)bT一y)](13)維普資訊http://

7、www.cqvip.com振動(dòng)工程學(xué)報(bào)第13卷=[“，，2,Yn](14)=Ex,z*xn~xz,,x31"](15)口={[^一(^)一(^r)](16)其中X，Y為節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)矢量；，y1)為節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)之差：=．一，，一一，；為單元中面面積。剛式(11)可表示為Ⅳ(，)一c一曲+J+hq(17)于是，由B矩陣的定義Bf=aNz／ax,．(其中j為節(jié)點(diǎn)號(hào)，為笛卡兒坐標(biāo)系中的第i個(gè)分量)得-t-h．0OO6+h．l0+h，0一一h，口0B=J+h．，口+h，口0一一h．口+h．yq(18)醒+h．口一N0l：：卯十h．0