一种应力叠加间断性冲击变形计算方法技术

本发明专利技术是在多次冲击普遍采用的并型变形叠加法和串型变形累积法的基础上，提出了一种新的应力叠加间断性冲击变形计算方法；本发明专利技术计算结果精确，且能大大缩短计算时间，有效解决了并型变形叠加法存在的结果精度低和串型变形叠加法存在的计算时间长的问题。

A calculation method of stress superposed discontinuous impact deformation

In this invention, a new method of calculating the stress superposition and discontinuous impact deformation is proposed on the basis of the combined deformation superposition method and the series deformation accumulation method, which is commonly used for multiple shocks. The calculation results are accurate, and the calculation time can be shortened greatly, and the result of the superposition method of the parallel deformation method is effectively solved. The problem of long computation time exists in string deformation superposition method.

【技术实现步骤摘要】
一种应力叠加间断性冲击变形计算方法
本专利技术涉及工程
，更具体地说，它涉及一种应力叠加间断性冲击变形计算方法。
技术介绍
冲击问题，广泛存在于汽车船舶、航空航天、建筑桥梁等工程领域，其模拟计算方法的研究也越来越受到人们的重视。冲击问题分为单次冲击和多次冲击，对于单次冲击问题，国内外普遍采用显式动力学方法进行计算，无需考虑冲击效应的累积。而对于多次冲击问题，由于顺次冲击效应的耦合，计算过程更为复杂。应力叠加间断性冲击问题是多次冲击的一种重要形式，各次冲击的位置不同，且顺次冲击存在一定的加载间隔，累积模拟时间长。目前，多次冲击普遍采用的是并型变形叠加法和串型变形累积法，并型变形叠加法，计算时间短，但结果误差较大；串型变形累积法，要求有较大的冲击时间间隔，计算时间较长。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种在满足结果精确性的基础上且能大大缩短计算时间的应力叠加间断性冲击变形计算方法。本专利技术的技术方案如下：一种应力叠加间断性冲击变形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用单独动力学分析，提取各个测点每次冲击的塑性变形，然后直接进行线性叠加，得到各个测点的总体变形，计算公式为：式中：u(i，m)、ut(i，m)、us(i，m)分别为第m点在第i次冲击时的总变形、弹性变形和塑性变形；Us(n，m)为第m个节点在第n次冲击后的总体塑性变形；(2)采用间断式动力学分析，设ti为第i次冲击载荷的作用周期，Δt为冲击之间的加载间隔，得出u、ut、us在第m点在第i次冲击时的总变形、弹性变形和塑性变形；(3)采用显示动力学分析，计算每个单元的最高阶频率对应的稳定时间极限，其中，在上式中：Le—单元在各个尺寸方向上的最小值，Cd—模型材料的波速，E—材料的弹性模量，ρ—材料的密度，设置Ls为标准最小单元长度，此时对应的标准时间步长为Δs，每隔20分钟检查一次最小单元长度L，若单元长度L>Ls，则说明最小时间Δ>Δs，计算时间步长不低于标准时间步长，不采取任何措施，继续计算，若单元长度L<Ls，则说明最小时间Δ<Δs，计算时间步长低于标准时间步长，此时选取单元边长小于最小单元长度区域处的网格，并进行网格重新划分，改善网格质量，然后再接着进行动力学分析计算，得出u、ut、us在第m点在第i次冲击时的总变形、弹性变形和塑性变形；(4)得出步骤(1)、(2)和(3)在第m点在第i次冲击时总变形、弹性变形和塑性变形值的均值。进一步的，在步骤(1)中，在初始状态的前提下，对各个冲击点进行单独动力学分析。进一步的，在步骤(2)中，采用冲击载荷之间设置加载间隔的方式来实现间断式动力学分析。进一步的，在步骤(2)中，各个冲击点的计算先后进行。本专利技术的有益效果是：并型变形叠加法采用单独冲击变形结果线性叠加的方法计算最终变形，计算简单方便、效率高，但是结果误差较大；串型变形累积法采用顺次冲击依次累积方法进行最终变形的计算，计算结果精度，但是计算时间较长，本专利技术提出的一种应力叠加间断性冲击变形计算方法，计算结果准确，且计算时间短，有效解决了并型变形叠加法存在的结果精度低和串型变形叠加法存在的计算时间长的问题。附图说明图1是本专利技术的示意图。图2是本专利技术的网格质量控制程序示意图。图3是并型变形叠加法示意图。图4是串型变形累积法示意图。图5叉车护顶架动载试验示意图。图6载试验落点位置。图7动载试验测点位置。图8单自由度弹簧阻尼系统。图9第一次冲击的能量曲线。图10护顶架单次冲击稳态图。图11护顶架测点变形结果对比。图12顺次冲击计算时间对比。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术的具体技术方案作进一步描述。应力叠加间断性冲击问题是多次冲击的一种重要形式，各次冲击的位置不同，且顺次冲击存在一定的加载间隔，累积模拟时间长。传统的应力叠加间断性冲击变形计算方法包括并型变形叠加法和串型变形累积法，并型变形叠加法计算时间短，但结果误差较大；串型变形累积法，要求有较大的冲击时间间隔，计算时间较长。并型变形叠加法不考虑各次冲击之间的关系，在初始状态的前提下，对各个冲击点进行单独动力学分析。提取各个测点每次冲击的塑性变形，然后直接进行线性叠加，得到各个测点的总体变形，计算公式为：式中：u(i，m)、ut(i，m)、us(i，m)分别为第m点在第i次冲击时的总变形、弹性变形和塑性变形；为第m个节点在第n次冲击后的总体塑性变形。如图3所示，在薄板上A点施加力F(i1)得到p点的塑性变形us(i1，p)，在同一初始状态下，在B点施加力F(i2)得到p点的塑性变形us(i2，p)。由(1)可得，该板先后承受F(i1)、F(i2)的总塑性变形：Us(i2，p)＝us(i2，p)+us(i2，p).(2)并型变形叠加法各个冲击点计算相互独立，可以同时进行，节约时间成本，但与实际载荷作用情况不符，可能会造成结果误差较大。串型变形累积法充分考虑前后冲击步之间的关联，在前一次冲击的塑性变形、残余应力等的基础上进行连续的动力学计算，更符合实际情况。可以采用冲击载荷之间设置加载间隔的方式来实现间断式动力学分析。如图4所示，描述了串型变形累积法计算变形的过程，ti为第i次冲击载荷的作用周期，是指从冲击接触开始到结束所用的时间；Δt为冲击之间的加载间隔，是指前一次冲击接触结束到下一次冲击接触开始的时间，可以使受冲击后的结构通过震荡达到状态稳定，消除弹性变形和残余应力。以某型号叉车护顶架为例，护顶架是叉车的主要防护结构，承受意外跌落物冲击载荷，具有抵抗永久变形的能力，确保叉车驾驶员的生命安全。ISO6055：2004明确规定了叉车护顶架动载试验的规范和要求，主要采用应力叠加间断性冲击的方法，对护顶架不同位置依次进行10次冲击，每次冲击都是在前次冲击效应的基础上进行的，最终结果是10次冲击变形的累积。在该次分析中采用显示动力学方法对护顶架动载试验进行模拟计算，按照上述提到的两种方法进行变形累积，求解护顶架的最终变形。然后把模拟结果与实际试验相比较，分析了两种方法的精确性和有效性。依据国际标准ISO6055《工业车辆护顶架技术要求和试验方法》的要求，进行护顶架动载试验。如下图3所示，模型包括护顶架和跌落物体两部分，跌落物是边长为300mm的正方体，质量为45kg，从1500mm的高处冲击护顶架。如图5所示，在试验中把护顶架安装在与所涉及配套叉车安装方式相同的测试底盘上进行试验。为了便于定位和测量，落点标记在护顶架顶棚的上表面，如图6示，而测点标记在护顶架顶棚的下表面且易于测量的位置，如图7示。用激光测距仪分别测量这些测点到某一固定参考面的垂直距离并记录好。把跌落物通过悬挂装置悬挂，并通过悬挂装置的平移定位。使用激光测距仪来测量重块的到护顶架距离以及定位重块对应在护顶架上的落点。定位完成后，释放悬挂跌落物的绳子，对护顶架进行冲击。再分别测量这些点到该参考面的垂直距离，试验之前所测数值与试验后所测数值之差就是这些点的竖直变形量。如此，对护顶架上方10个标定点进行冲击，并用激光笔测量出各个测点的最终变形。冲击问题是接触和碰撞同时存在的复杂力学问题，可以使用如图8示单自由度弹簧阻尼系统模拟。其中m是振动物体的质量，k是弹簧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应力叠加间断性冲击变形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用单独动力学分析，提取各个测点每次冲击的塑性变形，然后直接进行线性叠加，得到各个测点的总体变形，计算公式为：

【技术特征摘要】
1.一种应力叠加间断性冲击变形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用单独动力学分析，提取各个测点每次冲击的塑性变形，然后直接进行线性叠加，得到各个测点的总体变形，计算公式为：式中：、、分别为第点在第次冲击时的总变形、弹性变形和塑性变形；为第个节点在第次冲击后的总体塑性变形；（2）采用间断性动力学分析，设为第i次冲击载荷的作用周期，为冲击之间的加载间隔，得出、、在第点在第次冲击时的总变形、弹性变形和塑性变形，（3）采用显示动力学分析，计算每个单元的最高阶频率对应的稳定时间极限，其中，在上式中：—单元在各个尺寸方向上的最小值，—模型材料的波速，E—材料的弹性模量，—材料的密度，设置Ls为标准最小单元长度，此时对应的标准时间步长为∆s，每隔20分钟检查一次最小单元长度L，若单元长度L>Ls，则说明最小时间∆>∆s，计算时间步长不低于标准时间步长，不采...

【专利技术属性】
技术研发人员：童水光，余跃，唐宁，童哲铭，从飞云，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33