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专利号: 2024113732463
申请人: 湖南汽车工程职业学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种CFRP增强薄壁方管塑性力学模型构建方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:利用CFRP增强薄壁方管,即由CFRP方管和Steel方管通过内外管组合的方式组成混合方管;

步骤2:建立端部约束边界条件下CFRP增强薄壁方管塑性力学模型,其中CFRP方管和Steel方管简化为理想刚塑性模型;

步骤2.1:确定所述步骤1中混合方管的横截面的全塑性轴向力Np和全塑性弯矩Mp的表达式;

步骤2.2:确定所述步骤1中混合方管载荷P与弯曲挠度W0的关系,推导出端部约束边界条件下所述混合方管大挠度解析解的计算表达式,并通过对P‑W0曲线进行积分,确定所述混合方管塑性变形能E与弯曲挠度W0的关系;

步骤2.3:基于步骤2.1与步骤2.2,对每个区间阶段的载荷‑位移曲线进行积分和能量累加,得到端部约束边界条件下所述混合方管塑性变形能E的计算表达式,获得CFRP增强薄壁方管塑性力学模型;

所述步骤2.2包括以下步骤:

步骤2.2.1:在跨中加载工况下,假设细长的所述混合方管除去跨中位置和端部夹紧处的其他部分为刚性,以整体方式发生全局变形,并且忽略加载位置处的局部变形效应,得到横到作用在跨中上的载荷P与混合方管弯曲挠度W0之间的关系表达式;

步骤2.2.2:基于所述混合方管横截面的屈服准则,推导出无量纲轴向力n以及无量纲力矩m分别与弯曲挠度W0的关系式,进而推导出端部约束边界条件下所述混合方管大挠度解析解的计算表达式;

步骤2.2.3:对所述步骤2.2.1中载荷P与弯曲挠度W0形成P‑W0曲线进行积分,得到混合方管塑性变形能E与弯曲挠度W0的关系。

2.根据权利要求1所述的CFRP增强薄壁方管塑性力学模型构建方法,其特征在于,所述步骤2.1包括以下步骤:步骤2.1.1:假设混合方管的横截面受到全塑性应力分布,所述混合方管为细长管并其剪切力忽略,所述混合方管的横截面的全塑性应力分布由轴向力和弯矩组合而成;

步骤2.1.2:根据所述混合方管的塑性中性面的位置变化,计算不同情况下所述混合方管横截面的轴向力 和弯矩 ,其中i= sc或cs,并确定全塑性轴向力Np和全塑性弯矩Mp的表达式;

步骤2.1.3:基于所述步骤2.1.2的全塑性轴向力Np和全塑性弯矩Mp,进一步得到无量纲轴向力n的计算表达式、无量纲弯矩m的计算表达式以及所述混合方管横截面的屈服准则表达式。

3.根据权利要求1所述的CFRP增强薄壁方管塑性力学模型构建方法,其特征在于,所述混合方管根据Steel方管位于外部或内部分为Steel/CFRP混合方管和CFRP/Steel混合方管,所述Steel/CFRP混合方管的轴向力Nsc、弯矩为Msc、全塑性轴向力为 、全塑性弯矩为,所述CFRP/Steel混合方管的轴向力为Ncs、弯矩为Mcs、全塑性轴向力为 、全塑性弯矩为  。

4.根据权利要求1所述的CFRP增强薄壁方管塑性力学模型构建方法,其特征在于,所述步骤1中CFRP方管和Steel方管组成的细长混合方管在准静态横向加载下的端部约束边界,所述混合方管的左右两端均被完全约束,在大挠度下所述混合方管的剪切力忽略不计。

5.根据权利要求1所述的CFRP增强薄壁方管塑性力学模型构建方法,其特征在于,所述步骤2中假设Steel方管的材料屈服应力 服从理想刚塑性准则,即将所述Steel方管的拉伸和压缩性能视为相同,所述Steel方管的应力 -应变  呈线性,所述CFRP方管在拉伸和压缩状态下其应力均视为 ,所述CFRP方管的应力 -应变  呈线性,所述CFRP方管和Steel方管简化为理想刚塑性模型。

6.根据权利要求2所述的CFRP增强薄壁方管塑性力学模型构建方法,其特征在于,所述步骤2.1.2中混合方管横截面的轴向力 和弯矩 ,其中i= sc或cs,根据塑性中性面的位置分为三种情况包括塑性中性面全部位于外管内、塑性中性面大部分位于内管与少部分位于外管内以及塑性中性面位于内管的上下表面之间。

7.一种CFRP增强薄壁方管塑性力学模型预测方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:获得混合方管的尺寸数据与材料参数;

S2:确定混合方管为Steel/CFRP混合方管或CFRP/Steel混合方管,并根据如权利要求1至6任一项所述CFRP增强薄壁方管塑性力学模型构建方法所确定的塑性力学模型;

S3:将S1的尺寸数据与材料参数输入S2的塑性力学模型中,预测混合方管在端部约束条件下的塑性力学与能量吸收响应。