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第一章 绪论1

1.1结构的耐撞性和吸能元件1

1.2圆柱壳轴向冲击吸能的研究2

1.2.1复合材料圆柱壳结构2

1.2.2金属圆柱壳结构5

1.2.3多材料体系圆柱壳结构6

1.3圆柱壳结构在碰撞安全领域的应用6

1.4各类吸能结构的研究9

参考文献13

第二章 圆柱壳轴向冲击吸能实验22

2.1圆柱壳轴向冲击吸能特点及主要实验装置22

2.1.1落锤式实验装置22

2.1.2弹射式实验装置24

2.1.3改进的Hopkinson压杆实验装置25

2.2落锤式冲击实验系统及原理27

2.2.1落锤冲击加载装置28

2.2.2瞬态冲击力测量系统29

2.2.3瞬态位移测量系统29

2.2.5冲击实验数据处理32

2.2.4数据采集系统32

2.3圆柱壳轴压吸能准静态实验34

2.4圆柱壳轴向压缩实验控制原理35

2.4.1动量控制实验35

2.4.2动能控制实验36

2.4.3位移控制实验36

2.4.4缺陷影响实验36

参考文献37

第三章 复合材料圆柱壳撞击吸能特性38

3.1引言38

3.2复合材料圆柱管试件39

3.3复合材料圆柱管轴向压缩历程40

3.3.1按稳定性划分的压缩历程40

3.3.2按破坏形式划分的压缩历程42

3.3.3稳态压缩过程的三个阶段44

3.4能量吸收特性参数45

3.4.1比吸能45

3.4.2比载荷46

3.4.3引发长度和削弱长度47

3.4.4载荷效率和冲程效率47

3.5复合材料管轴压破坏模式及吸能机理48

3.5.1复合材料细观断裂机理48

3.4.5其他参数48

3.5.2宏观破坏模式51

3.5.3典型破坏模式的能量耗散机理55

3.6双倒角引发方式效能59

3.7纤维缠绕角度对能量吸收的影响65

3.8撞击与准静态吸能特性比较68

3.9复合材料圆柱管吸能特性的影响因素70

3.9.1组分材料性能的影响71

3.9.2铺层结构形式的影响74

3.9.3几何尺寸的影响75

3.9.4成型工艺的影响77

3.9.5实验条件的影响78

参考文献81

第四章 复合材料圆柱壳轴压分析84

4.1引言84

4.2复合材料圆柱壳轴压能量吸收模型85

4.2.1 Hull的定性描述85

4.2.2 Farley和Jones的定性模型86

4.2.3 Mamalis的定量分析86

4.2.4 Gupta的能量吸收预报模型88

4.3纤维缠绕复合材料圆柱壳的弹性常数89

4.4.1基本方程94

4.4层合壳的屈曲分析94

4.4.2临界压力的求解96

4.5轴向压缩位移102

4.6能量吸收能力分析107

4.7基于流变模型的稳态压缩分析109

4.7.1模型的提出109

4.7.2忽略初始过载的流变模型112

4.7.3改进的流变模型114

参考文献116

5.1引言117

第五章 复合材料圆柱壳轴向冲击响应117

5.2弹性系统的动态稳定性118

5.2.1扰动方程118

5.2.2不稳定区域的确定120

5.3复合材料圆柱壳的动态响应120

5.3.1问题的提出120

5.3.2非扰动响应121

5.3.3几何非线性扰动方程125

5.3.4圆柱壳的冲击响应130

5.4.1一维应力波133

5.4应力波基本理论133

5.4.2波阵面上守恒条件134

5.4.3复合材料中的应力波135

5.5基于应力波理论的等效破坏模型135

5.5.1等效假设135

5.5.2等效关系136

5.5.3刚性重物与等效圆柱的碰撞138

5.5.4渐进破坏过程描述141

5.5.5结果与讨论142

5.6轴向撞击力的简化143

参考文献145

第六章 复合材料圆柱壳偏轴压缩性能147

6.1引言147

6.2复合材料圆柱管偏轴压缩实验149

6.2.1偏轴压缩实验试件149

6.2.2边界条件的影响149

6.2.3圆柱管偏轴压缩夹具150

6.3压缩性能分析151

6.3.1典型偏轴压缩历程151

6.3.2[±75]3玻璃／聚酯复合材料管偏轴压缩性能154

6.3.4[±15]3玻璃／聚酯和玻璃／环氧复合材料管偏轴压缩性能156

6.3.3[0/±75]3玻璃／环氧复合材料管偏轴压缩性能156

6.4偏轴压缩吸能性能分析157

参考文献160

第七章 复合材料圆柱壳耐撞性设计161

7.1引言161

7.2理论预报与设计162

7.3有限元分析及设计162

7.3.1复合材料纵深渐进压溃冲击吸能有限元分析的关键问题163

7.3.2基本破坏准则165

7.3.3圆柱壳轴压吸能的有限元模型166

7.3.4轴压吸能的有限元分析实例168

7.4其他优化设计方法169

7.5复合材料结构吸能数据库170

7.5.1文献数据库170

7.5.2材料数据库171

7.5.3几何数据库172

7.5.4结构形式数据库173

7.5.5成型工艺数据库174

7.5.6加载条件数据库174

7.5.7其他耐撞结构数据库174

7.6基于一体化分析的耐撞性设计175

7.7圆柱壳吸能结构在航天回收系统中的设计及应用176

7.7.1着陆缓冲系统设计准则176

7.7.2复合材料圆柱壳的耐撞性设计178

7.8圆柱壳吸能结构在车辆碰撞安全中的应用及设计181

参考文献184

第八章 金属圆柱壳冲击吸能特性186

8.1引言186

8.2金属管试件187

8.3典型破坏模式及其特性曲线188

8.4能量吸收性能分析190

8.5金属管能量吸收理论模型192

8.5.1结构动力响应分析的基本方法192

8.5.2金属管轴压的静态塑性铰分析195

8.5.3金属管轴压的直链移行塑性铰分析197

8.5.4金属管轴压的连续移行塑性铰分析207

8.6考虑轴向撞击动态响应的分析212

8.7金属管轴向撞击有限元分析215

8.8金属管吸能结构设计概述216

参考文献217

9.1引言219

第九章 多材料体系圆柱壳冲击吸能特性219

9.2多材料体系圆柱管试件220

9.3多材料体系圆柱管稳态压缩过程221

9.4典型破坏模式及特性曲线222

9.5能量吸收分析224

9.5.1复合材料层厚度的影响224

9.5.2纤维缠绕角的影响226

9.5.3金属材料性能的影响227

9.5.4撞击和准静态的影响227

9.6多材料体系圆柱管撞击吸能模型229

9.7.1能量吸收的过渡236

9.7三类圆柱管的缓冲吸能性能比较236

9.7.2撞击历程一般规律237

参考文献239

附录240

附录A 复合材料基本力学性能测试240

附录B 刚度系数的确定242

附录C 扰动方程参数的确定244

附录D 非轴向压缩试件的详细资料245

参考文献246