轻质金属薄壁梁大变形弯曲力学行为与设计优化研究
批准号:
12072124
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张雄
依托单位:
学科分类:
材料和结构的优化设计、制造与可靠性
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张雄
中文摘要
轻质多胞薄壁梁和薄壁拱梁具有良好的能量吸收和耐撞性能,在航空航天、汽车等运载工程的安全防护领域具有广泛的应用前景。本项目针对三点弯曲条件下,金属薄壁直梁和拱梁的大变形弯曲力学行为进行研究,采用实验研究、数值模拟、理论分析及优化设计相结合的研究方法,明确薄壁梁在三点弯曲条件下的变形模式和吸能特性,分析主要结构参数和加载条件对弯曲力学响应的影响,建立与变形模式相对应的能量耗散理论分析模型,获得弯曲力学响应的理论预测方法,探寻提高薄壁梁弯曲吸能效率的有效途径,并采用结构优化设计方法进一步提升结构的耐撞性能。项目预期将揭示横向弯曲条件下金属薄壁梁的变形和能量耗散机理,建立其弯曲力学响应的理论预测方法,掌握进一步提升其性能的有效手段及相关结构的最优化设计规律。项目的研究成果将为金属薄壁梁的耐撞性设计提供理论依据,并为进一步提高其吸能效率提供新的方法和思路,促进我国安全防护技术及相关学科的应用和发展。
英文摘要
Lightweight multi-cell thin-walled beams and arched thin-walled beams possess excellent energy absorption and crashworthiness performances and have extensive application prospects in the field of structural safety and protection for vehicle engineering including aerospace, automobile and etc. This project aims to investigate the large deformation mechanical behaviors of thin-walled straight and arched metal beams under three-point bending. Experimental study, numerical simulation, theoretical analysis and structural optimization will be employed jointly in this research. The deformation modes and energy absorption characteristics of the thin-walled beams under three-point bending will be investigated. The effects of major structural parameters and loading conditions on the bending responses will be analyzed. Theoretical models corresponding to the deformation modes will be established and analytical solutions on the bending responses of the beams will be derived. Effective approaches to improve the energy absorption efficiency of the thin-walled beams will be explored and structural optimization method will be employed to further improve the structural crashworthiness. The project is expected to reveal the deformation and energy dissipation mechanisms of thin-walled metal beams under transverse bending, to establish theoretical methods to predict their bending responses, to master effective methods to further improve their performances, and to obtain the principles of optimal designs of the related structures. The research results of the project will sever as a theoretical basis for the crashworthiness design of thin-walled metal beams, provide novel approaches and ideas to further improve the energy absorption efficiency of the structures, and promote the applications and development of safety protection techniques and related subjects in China.
轻质金属薄壁梁具有良好的能量吸收和耐撞性能,在航空航天、汽车等运载工程的安全防护领域具有广泛的应用前景。本项目采用实验研究、数值模拟、理论分析及优化设计相结合的研究方法,针对三点弯曲条件下金属薄壁直梁和拱梁的大变形弯曲力学行为进行了比较系统和深入的研究。在薄壁梁的弯曲理论研究方面,建立了不同变形模式下薄壁梁的大变形三点弯曲力学理论分析模型;提出了矩形多胞薄壁梁三点弯曲力学响应的理论预测方法——构成单元法,并对相关构成单元建立了理论分析模型;建立了基于相对密度的蜂窝梁弹塑性弯曲响应理论分析和预测方法;揭示了三点弯曲条件下梁截面弯矩沿跨距的非线性分布特征,指出了线性弯矩分布假定带来的响应偏差;对比分析了横向弯曲条件下不同截面形式拱梁相对于直梁的能量吸收优势,揭示了拱梁利用轴向变形显著提高弯曲性能的变形机制;采用不同的成形过程制备了薄壁拱梁结构,并提出了一种简单易行的拱梁制备方法;分析了不同胞元蜂窝拱梁的弯曲力学行为,发现了一种具有理想能量吸收特征的蜂窝拱梁;探讨了结构参数、截面形式、载荷参数及边界条件等因素对薄壁拱梁弯曲性能的影响;给出了提升拱梁耐撞性能的有效方法,并通过开展耐撞性优化设计,获取了相关拱梁结构的最优化设计规律。项目的研究成果为横向弯曲条件下金属薄壁梁的耐撞性分析和设计提供了良好的理论基础,并将促进我国工程结构安全防护技术及相关学科的应用和发展。
MOFs辅助生物质热解一步法绿色制备富氮分级孔碳机理研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:张雄
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依托单位:
富氮金属有机骨架修饰生物炭捕集烟气中CO2协同SO2、NOx脱除机理研究
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批准号:51806077
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张雄
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依托单位:
易制备多胞金属薄壁结构吸能特性研究
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批准号:11672117
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2016
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负责人:张雄
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依托单位:
复杂截面多胞金属薄壁结构轴向压缩阻抗研究
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批准号:11372115
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:张雄
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依托单位:
轻质薄壁棱柱与多孔蜂窝材料平面外压缩阻抗研究
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批准号:11002060
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2010
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负责人:张雄
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依托单位:
国内基金
海外基金