摘要：为提高薄壁结构的吸能能力,基于Sierpinski分形结构提出了一种具有层级特性的新型薄壁管,即Sierpinski层级管(Sierpinski hierarchical tube, SHT)。采用非线性有限元法对SHTs在轴向冲击载荷作用下的变形模式和能量吸收特性进行了数值分析,并与普通三角形薄壁管在轴向冲击载荷作用下的变形模式和能量吸收特性进行了对比。结果表明:SHTs的变形模式为轴对称渐进屈曲模式,在薄壁管中引入Sierpinski层级特性后,胞壁弯曲过程的半折叠波长减小,促使压缩过程中形成更多的塑性折叠单元,有利于提高薄壁结构能量吸收能力。进一步基于能量守恒理论和塑性铰理论对SHTs的轴向压缩应力进行理论求解,并通过有限元数值模拟验证其准确性。在相同的相对密度下,一阶、二阶及三阶SHTs的动态压缩应力较普通三角形薄壁管的动态压缩应力提高了85.8%、138.2%和183.8%。将Sierpinski层级特性引入薄壁管的设计中,能够有效提高薄壁管的耐撞性能。

摘要：合理选取数值模拟方法对提高金属成形模拟的效率和准确性有着重要的作用。对比和研究了3种运动学描述(L、E、ALE)之间的特征和关系,并分别用这3种描述对同一个金属成形算例进行了模拟,比较和分析了3种模拟结果的异同及其原因,评价了3种描述在金属成形模拟中的适用性。结果认为E描述由于不能很好地跟踪运动边界及计算耗时较长,不适合用在金属成形模拟中;ALE描述虽然吸收了L和E描述的优点,但由于网格运动算法设计困难,要广泛应用在金属成形模拟中仍待进一步研究;L描述由于结合了网格重划分技术,能够较好地运用于金属成形模拟。