天然不含节竹管在轴向压缩冲击载荷下冲击响应与吸能特性的数值分析

摘要

天然不含节竹管在工程中应用较广，研究此类天然薄壁管结构的抗冲击能力具有重要的意义。利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB),研究天然竹管的抗冲击性能并进行有限元分析。在ABAQUS中应用三维Hashin和Puck单向纤维复合材料失效准则，结合应变率效应对强度的修正建立竹管本构模型，对冲击载荷下的天然不含节竹管进行模拟，得到的动态应力-应变曲线和破坏模式与SHPB实验接近，验证有限元模型的准确性。结果表明：实验与模拟的极限抗压强度误差最小为2.19%、最大为8.68%;在不同的冲击压缩载荷下，竹管出现端面压溃、沿轴向劈裂等破坏形式；竹管外壁节点处的位移、速度和加速度响应均随冲击载荷的增加而增加；随冲击载荷升高，入射能、反射能、吸收能和比吸能随时间均呈上升趋势，透射能随时间变化不大；不含节竹管的峰值载荷远低于薄壁圆管GFRP (glass fiber reinforcement plastic),但比吸能较为接近，说明不含节竹管并不适用于需承受大冲击能量的高速冲击防护领域。初步结果可为竹管用于工程结构防护给予理论参考。

关键词

不含节竹管 / 轴向冲击 / 冲击响应 / 吸能特性 / 有限元分析

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.11872218;11572161); 浙江省“近海结构冲击安全防护与健康监测”重点科技创新团队(No.2013TD21)