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薄壁金属方管和矩形管在轴向载荷作用下具有稳定的塑性变形模式和良好的能量吸收性能,通常被用来制作缓冲吸能装置。 本文首先介绍了方管和矩形管在轴压下的主要屈曲模式,总结了国内外的研究现状,应用有限元分析软件ABAQUS进行了大量的仿真计算,计算结果与理论模型和实验数据比较吻合。 论文分析了方管在轴向冲击载荷作用下的动态响应,讨论了冲击速度、冲击质量和横向惯性对变形模式和能量吸收性能的影响。结果表明,冲击速度和质量都会影响结构的变形模式。在低速冲击下,方管表现为动力渐进屈曲,在高速冲击下则表现为动力塑性屈曲。在相同的冲击能量下,压溃距离与冲击速度成反比,对于相同的压缩距离,较高冲击速度的方管可以吸收更多的能量。 对几何等效的方管和圆管的对比研究表明,在动态冲击和准静态压缩下,圆管的能量吸收效率都要优于方管,主要表现为圆管的峰值压力和平均压力都要高于方管,但它们的力—位移曲线的总体特征是相似的,都出现了上下振荡的过程。 在矩形管的轴压分析中引入了泊松分布的随机几何缺陷,对不同缺陷值的计算结果表明,初始缺陷的引入降低了峰值压力,增大了压渍距离,但是这种变化是非常小的,微小的几何缺陷并不影响初始和最终的变形模式。最后分别分析了材料性质、截面长宽比、管长和壁厚对最终变形模式的影响。 研究结果表明,在相同的加载条件下,从能量吸收效率来看,几何等效的圆管要优于方管,而方管则要优于矩形管,这为能量吸收装置的设计提供了参考。