干个圆环排成列的动态力学行为进行了实验研究，得到了大量的不同连接条件下的圆环列系统的实验数据，并在此基础上提出了结构波理论。和首先报道了圆二〇五年五月十日星期环串接系统端部受集中质量块撞击的实验结果。发现圆环的变形过程乃至完全压扁是个接个在进行，在宏观上表现出间断冲击波的特性，为此，和建立了维冲击波理论模型，这个模型能够反映出圆环串接系统的的瞬态塑性变形机制，并与实验进行了比较。等人也研究过圆环在形槽内受压，以及在有侧向约束的情况下受压的问题。对于此种情形，圆环的大变形机构会在两个受载点中间形成塑性铰，相应的分析也很复杂。等讨论了材料的应变率效应对圆环列系统的影响，指出忽略材料应变率效应可能导致对结构应力水平的估计值过低。有关圆环及圆管受准静态横向载荷作用的塑性变形分析方面的文献可参考，而动载作用下圆环及圆管的响应特性研究可参考，其中包括了理论研究和实验研究。近年来，国内关于这方而的研究也取得了大量的研究成果，余同希研究了利用金属塑性变形原理的碰撞能量吸收装置，从比耗能相对行程和承载力的稳定性等指标对各类能量吸收元件进行比较。余同希还对圆环圆管方管等结构的耐撞性进行了深入研究。宋宏伟对圆管等能量吸收结构撞击吸能特性做了研究。姜锡权对多排圆环系统进行了大量的实验研究，其结果表明在准静态条件下，多排圆环系统的力学行为基本上与单排圆环列系统的变形行为相类似多排圆环系统的变形过程较单排圆环系统的变化更为平缓。曾首义等的实验结果也表明圆环层数对变形影响很大，多层圆环系统的总变形较大，但其反力波形平缓没有继生峰值。而顾红军等进行了相关的实验研究，对以往的模态解公式进行了修正，使得多排圆环系统的理论分析结果更接近实际情况。同时，赵凯等对圆环列系统在弹性范围内的应力波效应讲行了较为深入的研究。赵凯等还通过对圆环列系统实验冲击下的圆环的变形形态与压缩试验得到的圆环的变形形态是相似的。通过分析圆环在冲击过程中关键节点和单元的应力位移能量的各种曲线和云图，对圆环的冲击动态响应进行研究。研究结果表明，圆环结构是高效的能量吸收装置。具有广泛的应用前景和实际工程意义，值得进步推广和研究。二〇五年五月十日星期毕业设计论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计论文，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名日期指导教师签名日期使用授权说明本人完全了解大学关于收集保存使用毕业设计论文的规定，即按照学校要求提交毕业设计论文的印刷本和电子版本学校有权保存毕业设计论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务学校可以采用影印缩印数字化或其它复制手段保存论文在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名日期二〇五年五月十日星期引言圆环耐撞性研究的意义近年来，各种车辆船舶飞行器的数量越来越多，速度越来越快，碰撞事故也随之日益增加，每年都要造成严重的生命和财产损失。解决这个问题的主要途径，是研究和提高各种车辆船舶飞行器结构的耐撞性。术语耐撞性指的是当车辆等卷入或经历碰撞时响应性质的优劣。众多学者已对金属吸能结构，如圆管的卷曲方管的卷曲和渐进屈曲截壳体圆管和圆环以及在其中填充泡沫塑料等进行了大量的研究。工程上特别关心如何评估结构受冲击后的整体性能如何提出合理的设计方案及如何制定有效的防护措施等问题。目前，工程实际中比较切实有效的手段就是设计并采用性能优异的能量吸收装置，或者叫能量耗散装置，这项工作现己成为结构安全防护中重点课题。同时，在些特定的情况例如飞行器的紧急着陆，离的条件下，使取极小的减速过程，是为常数的匀减速过程。因此，良好的能量吸收装置，在大变形下应具有接近定常数的承载能力装在飞行器和汽车上的能量吸收装置，应该自重较轻，具有良好的比耗能，即单位自重所能吸收的能量值要高为了吸收更多的总动能，它应能提供足够长的变形行程，而且在变形后不二〇五年五月十日星期占据过大的空间或造成次生破坏由于能量吸收装置通常都是次使用结构，所以应该成本低廉，便于制造和更换。圆环耐撞性的研究现状由于金属圆环结构具有变形稳定承载力稳定变形行程长初始冲击力小取材方便易于更换以及产生的比能耗高等优势，受到了工程界的高度重视，取得了良好的经济效益和社会效益。例如，在美国很多大型结构和高速公路的防护装置都安装此类抗冲击吸能装置，取得了令人满意的结果。迄今为止，结构塑性动力学研究领域对梁板壳拱等结构以及多种管状环状和其它方式的金属吸能结构在冲击载荷作用下的动力响应特性研究已取得了很大的进展。但是至今仍有些极具研究价值和应用潜力的碰撞缓冲吸能金属结构尚未得到足够重视。这类吸能结构的动力塑性压溃变形模式与相应的准静态压溃变形模式有很大的差别。其原因使由于变形过程中往往掺杂了应变率效应和惯性效应的影响。圆环结构就是这类吸能结构之。尽管圆管和圆环列作为新型吸能器已经得到定的工程应用，但是以往的研究大多关注圆环或圆环列系统的变形行为，而对工程实际中更为关心的吸能特性尤其是吸能效率和机理方面的研究却很不充分，特别是有针对性的对圆环列系统的吸能效率方面的实验研究方面的工作几乎没有。最早给出了对径受压的理想弹塑薄圆环的小变形分析。自年代以来，许多学者对完整或含缺口圆环在不同支撑下的塑性动力响应特性进行了实验研究。通过这些研究，获得了对圆环结构吸能特性的些认识。和对低碳钢圆环等进行了冲击实验。他们的实验表明，圆环使种对冲击速度不敏感的能量吸收元件，也就是说，在相同的冲击动能条件下，改变落锤的质量和速度，圆环的最终变形相差不大。和指出，理想刚塑性薄圆环在两刚性平板对压下的大变形为个四铰机构。等人详尽地研究了强化效核电站和高速公路旁重要设施的防护等等下，已有结构难以满足吸收全部碰撞能的要求，需要设计些特殊的结构元件作为能量吸收装置，这种装置必须具有良好的塑性变形性质，使得撞击动能通过结构的大塑性变形和破坏过程被耗散掉，从而大大降低冲击力的幅值，减缓冲击效应，使之保持在结构所能耐受的指标水平上。受横向载荷的圆环图就是以塑性弯曲为其主要能量耗散机制的。图在对刚性平板间受压的圆环初始构形变形后的形状在工作载荷下，传统结构例如，用于图谋工程和机器中的结构只发生很小二〇五年五月十日星期的弹性变形。这些结构通常要求在规定的载荷下具有定的强度和刚度，所以材料的选择和结构的设计主要基于结构必须承受的弹性应力或者应变。失效多是由于疲劳腐蚀，或者是由于长时间使用引起的材料老化。能量吸收结构设计和分析与传统结构设计和分析大不相同。能量吸收结构必须承受强碰撞载荷，所以它们的变形和失效涉及到几何大变形应变强化效应应变率效应以及不同变形模式如弯曲和拉伸之间的各种交互作用。因为这些原因，大多数能量吸收器用韧性金属制成，低碳钢和铝合金是使用最广泛的。目前在金属吸能装置领域的研究可分为两类类是金属吸能元件包括与其它吸能材料组合而成的吸能装置另类是利用金属塑性成形和金属切削原理的能量吸收装置。对于能量吸收装置的具体要求必须根据使用场合的不同以及具体使用工况的不同而定，不存在处处适用或绝对最优的能量吸收装置。由于碰撞工况的不同和安装部位的不同，对能量吸收装置的具休要求各不相同，但般说来，以下几点要求是共同的碰撞动能应尽可能不可逆地转换成变形能，也就是说，应该以塑性变形而不是弹性变形来贮存这种能量在碰撞条件下，能量吸收装置的变形模式应当稳定，具有可重复性和可靠性，且传递的反力波动小，保持常幅值在吸收能量的过程中，应控制碰撞力和减速度，在大变形下应具有接近定常数的承载能力，以保护人员和重要结构。生物力学的研究指出人的颅脑系统的忍受度可用下式表达其中称为指标，是加速度或减速度，以重力加速度为单位，是时间，单位是毫秒，是经历加速度的总时间，是正常成人颅脑损伤的门槛值。从上式易证明，在给定初速和碰撞距二〇五年五月十日星期本文中对圆环进行冲击的实体模型进行划分时所用单元类型为单元，图描述了几何特性节点位置和坐标系。图实体单元几何特性依次选择材料模型，通过路径，分别输入密度杨氏模量泊松比屈服极限切变模量的数值，通过路径，分别输入上下实体的密度杨氏模量泊松比。利用工具分别对圆环上下实体进行网格划分，得到有限元模型，如图所示。圆环被划分成个单元，个节点。上下实体各被划分成个单元，个节点。二〇五年五月十日星期图有限元模型选择命令，生成。选择，输入速度，将计算终止时间设为，将结果输出文件的输出步数设为步，时间历程文件的输出步数设为。选择命令，生成文件。打开文件，修改文件中的关键字和参数并保存。启动求解器，选择修改后的文件，调用求解器求解。后处理本文采用内含的处理器进行圆环冲击的数值模拟的后处理分析。运行，选择命令，读入结果数据文件。以下是圆环在冲击下的变形过程图二〇五年五月十日星期图圆环冲击的初始图片图圆环冲击变形的临界状态图片二〇五年五月十日星期图圆环冲击变形图图圆环冲击变形图二〇五年五月十日星期图圆环冲击变形图图圆环冲击变形图二〇五年五月十日星期图圆环冲击变形最后的图二〇五年五月十日星期图冲击过程中圆环的总能量时间曲线二〇五年五月十日星期总结随着人类社会的进步及科学技术的不断发展，耐撞性的研究工作越来越引起人们的重视。结构耐撞性的研究，主要关心的是低中速碰撞，但碰撞物所携带的动能仍然可以是巨大的。因此，在碰撞中结构所吸收的总能量是这个问题中最主要的个参数。在些特定的情况