应用于轨道交通领域的玻璃纤维薄壁圆管吸能特性研究
Study on Energy Absorption Characteristics of Glass Fiber Thin-walled Circular Tubes Used in Rail Transportation
随着轨道交通领域的发展,越来越多的轻量化材料被应用在被动安全防护装置上.树脂基是一种密度小、强度高、吸能效率高的复合材料,由于其吸能机理复杂、应用工况特殊,单一的轴向压溃应用非常受限,导致较少作为缓冲吸能材料被工程化运用.因此,为实现轨道交通结构的轻量化,本文参考众多工程需求,结合树脂基复合材料的吸能特性,对诱导和控制玻璃纤维薄壁圆管的失效模式展开研究,通过将玻璃纤维薄壁圆管放置在失效诱发器中,当冲击载荷轴向作用在外端部时,另一端在后退过程中受到诱发器内部凸起结构的挤压作用,从而发生破坏吸能.基于此种吸能结构,本文主要进行了以下研究:首先,针对玻璃纤维薄壁圆管的铺层角度、诱发器的凸起数量及高度和外界的加载速度等影响因素,采用控制变量法的研究方式,通过落锤动态冲击试验获得玻璃纤维薄壁圆管在不同影响因素下的性能,对比分析玻璃纤维薄壁圆管的失效模式和吸能特性.其次,基于有限元软件ABAQUS建立吸能结构的分析模型,并通过材料力学试验获得其性能参数,随后对比分析玻璃纤维薄壁圆管的仿真与试验结果,验证有限元软件仿真分析的可靠性;在上述研究基础上,对吸能结构的结构形式进行仿真优化分析,分析外径、壁厚与凸起高度三者之间的结构尺寸关系.最后,根据某线路列车对被动安全防爬器的技术要求,设计以玻璃纤维薄壁圆管为吸能元件的被动安全防爬器,分析其垂向承载能力、纵向承载能力,进而为基于玻璃纤维薄壁圆管的被动安全防爬器的研究提供设计依据与参考.本文主要对玻璃纤维薄壁圆管在诱发器作用下的吸能结构进行系统的研究.通过落锤冲击试验分析玻璃纤维薄壁圆管失效的主要影响因素.基于有限元软件ABAQUS优化分析影响玻璃纤维薄壁圆管吸能效率的敏感性参数,建立外径、壁厚及诱发器凸起高度等参数间的经验公式.最终,基于上述分析结果设计应用于某线路列车的被动安全防爬器,为复合材料在轨交、汽车、航空航天的被动安全防护领域工程应用提供理论依据和技术支持.
- 作者：
- 廖俊
- 学位授予单位：
- 哈尔滨理工大学
- 专业名称：
- 机械设计及理论
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 郝广平
- 中图分类号：
- TB34；U270.4
- 关键词：
- 玻璃纤维；薄壁圆管；诱发器；吸能特性；比吸能；被动安全
- glass fibre; inducer; thin-walled circular tube; energy absorbing characteristic; specific energy absorption; passive safety;