泡沫和橡胶组合层状结构静态吸能性能研究

目的提出一种新型的泡沫和橡胶组合层状吸能结构,通过仿真对比分析该结构静态压缩特性和缓冲性能。方法采用发泡聚苯乙烯(EPS)、三元乙丙橡胶(EPDM)2种材料,以3种不同厚度比(1∶3、1∶1、3∶1)、2种叠置顺序进行组合构建层状结构,应用LS-DYNA进行组合层状结构静态压缩变形特性、吸能特性分析,并与2种材料单独压缩时的特性作了对比。结果2种材料相互组合的层状结构静态压缩力学特性、吸能能力与叠置顺序无关,与2种材料的厚度比有关。组合层状结构的承载能力、总吸能和平台应力均优于单一EPS的;组合层状的比吸能优于单一EPDM的,比单一EPS的差,是单一EPS比吸能的1/60~1/20。能量吸收率在不同应力水平存在差异,调整EPS或EPDM子层厚度占比可提高组合层状结构的缓冲效率。结论EPS和EPDM 2种材料相互组合的层状结构具有较大的结构承载能力和吸能优势,可为抗冲击的缓冲系统设计提供新思路和参考价值。

新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究

近年来,负泊松比(Negative Poisson′s Ratio,NPR)材料以其优异的力学性能与在传统工业领域巨大的应用潜力引起了学术界的广泛关注。设计并研究了一种新型负泊松比材料(基于YSH结构胞元)在动态压缩工况下的力学性能。通过有限元仿真的方法,对比了不同结构参数(斜壁倾角、宽度比、纵横比)对胞元等效力学性能参数的响应差异,探究了这些结构参数对吸能性能的影响程度,并进一步扩展到对四种常见的功能梯度阵列排布下的结构的研究。采用吸能量Ea、吸能效率Eε和平台应力σp三个指标评判了结构的能量吸收效果。研究发现:斜壁倾角θ越大,结构整体的能量吸收表现越佳;宽度比α对于结构整体的等效力学性能与能量吸收均影响较小;纵横比β越小,结构的负泊松比效应越明显,但相反地,其数值越大却能带来更高的能量吸收效率。所得结果可为负泊松比材料的功能导向设计提供参考。

泡沫铝夹芯双管构件横向压缩吸能性能研究

目的研究截面构型及几何参数对泡沫铝夹芯双管结构在横向载荷作用下变形失效机制和吸能性能的影响。方法运用有限元软件Abaqus/Explicit对泡沫铝夹芯双管构件受横向载荷作用进行数值仿真分析。结果泡沫铝夹芯双管构件在横向压缩过程中表现出3个阶段:初始压缩阶段、塑性变形阶段和致密化阶段,并发现外方内圆双管夹芯结构的耐撞性能显著强于双方管夹芯结构。随着外管径的增大、内管径的减小,外方内圆双管夹芯结构的承载力和吸能能力越高;内管壁厚的增加使外方内圆双管夹芯结构的能量吸收、比吸能、平均压溃载荷和压溃力效率均表现出增大趋势。结论泡沫铝芯材的变形失效模式受内管截面形状的影响,与传统双方管夹芯结构相比,外方内圆双管夹芯结构是一种更优秀的吸能构件,在横向碰撞安全防护中展现出更大的应用潜力。通过增加内外管间距和内管壁厚,可以提高外方内圆双管夹芯结构的吸能性能。

有轨电车前端缓冲器吸能性能的试验研究

前端缓冲器是有轨电车车头缓冲吸能系统的第一级能量吸收单元,用于吸收低等级碰撞能量,吸能完成后可自动复位、重复使用.为了验证所研制的缓冲器是否满足轨道车辆装车的严苛性能要求,通过对TB1961-2016标准进行解读,梳理出有轨电车前端缓冲器的性能要求及测试方法,并对该类缓冲器产品样件的结构性能及吸能性能进行了系统的试验研究.研究结果表明,所研制的100 mm行程15 kJ容量有轨电车前端缓冲器满足静压测试、动态容量测试、耐久性试验以及高低温环境测试等性能要求,符合装车条件.

泡沫铝铜合金静态压缩力学行为和吸能性能的实验研究

通过静态压缩实验研究一种新型闭孔泡沫铝材料———泡沫铝铜合金的静态压缩力学行为和吸能性能。对实验得到的一定密度范围内的材料的弹性模量E和平台应力σpl关于相对密度进行曲线拟合,发现将Gibson等给出的开孔泡沫理论公式中的幂次常数修正为由实验确定的常数,可以给出一定密度范围的闭孔泡沫铝铜合金材料的弹性模量和平台应力与相对密度之间关系的一个较好的估计。采用比能-应力或比能-应变曲线,可以对不同密度的泡沫铝铜合金材料的吸能情况进行较为直观的比较和分析。该曲线对工程设计具有较好的指导意义。

引发机制对复合材料波形梁吸能性能的影响及其破坏形貌分析

复合材料正弦波形梁作为复合材料结构-功能一体化的典型构件,在结构高强、高刚和稳定的前提下,其压溃峰值应力和稳态损毁吸能行为是设计结构件的关键性能指标,而这两个指标与梁的引发机制密切相关。本文中设计了根部打孔削弱机制、根部预埋倒角机制、根部非对称梯度削弱和根部对称梯度削弱机制等3种不同引发机制,通过对正弦波形梁的静态压溃实验及对压溃梁的宏观和微观形貌分析,发现引发机制对正弦波形梁的失效引发和稳态损毁模式影响很大,根部预埋倒角正弦波形梁的失效引发和稳态损毁吸能效果最好。

胞状铝的压缩形变和吸能性能研究

研究了胞状铝的压缩形变特征以及孔隙率、孔径对吸能性能的影响 ;提出了不同孔隙率和孔径的胞状铝吸能性能的综合判别方法 .

热处理对多孔铝合金压缩吸能性能的影响

采用渗流铸造工艺 ,制备了Al Si系多孔铝合金 ,讨论了其压缩变形特征及能量吸收性能 ,分别对ZL10 1、ZL111两种多孔铝合金进行T6热处理 ,研究了热处理对这两种多孔铝合金压缩吸能性能的影响。研究结果表明 ,热处理能够提高多孔铝合金的能量吸收能力 ,对屈服强度及能量吸收效率也有显著的影响 ,为提高多孔铝合金的压缩性能 。

正弦负泊松比多孔蜂窝梁平面内三点弯吸能性能实验研究

正弦负泊松比蜂窝梁具有优异的断裂韧性和吸能性能,对其平面内三点弯时的吸能性能进行研究有着重要的应用价值和社会意义。本文对正弦负泊松比蜂窝梁试件进行平面内三点弯曲实验,研究了等质量的一种传统蜂窝梁和三种负泊松比蜂窝梁平面内弯曲的破坏模式和吸能性能,试样通过3D打印采用聚乳酸材料制作而成。研究结果表明:梁的负泊松比、破坏模式和吸能性能均取决于正弦曲线的振幅与周期的比值;负泊松比梁的吸能性能优于传统方孔蜂窝梁,但是随着负泊松比效应的增加,其吸能性能逐渐降低。可通过调控振幅与周期的比值,使梁的吸能性能达到最优,同时保持较大的刚度和承载力。本文的研究可为正弦负泊松比梁在工程实际中的推广应用奠定基础。

泡沫铝层合圆管压缩和吸能性能的研究

以泡沫铝为夹芯，不锈钢圆管为面板制备层合圆管，研究了层合圆管在压缩条件下的变形行为和能量吸收性能。研究表明：层合圆管的压缩变形方式与空管相比发生了改变，由不对称变形模式变为轴对称变形模式，其所承受的载荷约为泡沫铝和不锈钢管所承受的载荷之和的1．5倍；层合圆管的载荷一位移曲线平台段锯齿形波动数与形成的曲屈圈数呈现对应关系，样品高度、直径，粘结方式对曲屈圈的形成数目有一定的影响；层合圆管的吸能能力远大于不锈钢圆管和泡沫铝吸收的能量之和，约为后者的1．5～2倍。

聚氨酯蜂窝纸板静力学性能和吸能性能

将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行静态压缩试验,进而对其吸能特性进行研究,并对影响复合材料的一些因素进行逐个分析,找到它们影响复合材料静态缓冲性能的内在规律。结果表明:复合材料的弹性极限(从0.224 0 MPa提高到0.542 2 MPa)和屈服应力(约为填充前的3～4倍)较单纯蜂窝纸板增长明显;单纯蜂窝纸板材料和聚氨酯蜂窝纸板复合材料的抗压强度和屈服应力随着蜂窝孔径的增大而减小,随着厚度增大略有提升,孔径对其力学性能的影响非常显著;复合材料吸能量较复合前2种材料大幅增加,约为复合前2种材料吸能量总和的1.85倍;吸能效率和理想吸能效率都优于复合前2种材料。

泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的研究在压缩过程中,泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响。方法对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果通过准静态压缩实验得出泡沫铝以及不同孔隙率的泡沫铝-聚氨酯复合材料的应力-应变曲线,分析可知泡沫铝孔隙率从94.6%降到93%,其吸能性能增加了71.9%。结论在泡沫铝中加入聚氨酯形成的泡沫铝-聚氨酯复合材料相比于泡沫铝的吸能性能得到很大提高,且泡沫铝的孔隙率与泡沫铝-聚氨酯的吸能性能成负相关的关系。

泡沫铝相对密度对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的通过准静态压缩试验研究泡沫铝-聚氨酯复合材料(AF-PU)的压缩性能,并利用试验数据探究泡沫铝(AF)相对密度对整体材料吸能性能的影响规律。方法首先使用相关仪器和材料制备AF-PU复合材料,其次用相关仪器对其进行准静态压缩试验。结果AF-PU复合材料通过相关仪器进行准静态压缩试验,计算得到相对应的应力-应变曲线,同时通过计算得到相对应的吸能-应变曲线。当泡沫铝相对密度从5.6%增加到6.7%时,整体复合材料的屈服强度提升了22.18%。在压缩过程中,当复合材料的压缩应变为0.8时,整体复合材料的总吸能增加了70.08%。结论AF-PU复合材料的吸能性能随着AF相对密度的增加而增强。

硅橡胶填充泡沫铝层合管的压缩和吸能性能

采用挤压法在开孔泡沫铝中充填硅橡胶,以硅橡胶填充开孔泡沫铝为芯、铝管和钢管为面板制备层合管,研究了静态压缩条件下充填硅橡胶后泡沫铝及其层合金属管的变形行为和能量吸收性能。研究表明:在泡沫铝中充填硅橡胶后,泡沫铝的平台区比原来增高、增长,其吸能性能也得到提高;由于泡沫铝的充填,钢管的变形方式发生改变,由不对称屈曲转变为轴对称屈曲;充填硅橡胶的泡沫铝层合金属管具有比原来更高的屈曲褶皱载荷,且屈曲褶皱的产生滞后,其吸能性能也得到提高,硅橡胶充填对层合钢管的影响比对层合铝管的影响更明显。

多胞管增强泡沫铝复合结构的压缩和吸能性能研究

针对泡沫铝强度较低、吸能性能弱的问题,提出了一种有效的增强办法:将金属多胞管填充至泡沫铝中,并用环氧胶固定,制备出新型多胞管增强泡沫铝复合结构(MTRF)。通过实验和商业有限元软件ABAQUS/explicit研究了该类复合结构的压缩和吸能性能。实验结果表明:与常规泡沫铝相比,多胞管增强泡沫铝复合结构的抗压强度和单位质量吸能性能分别提升了500%和700%,显示了MTRF结构优越的承载能力和能量吸收性能。同时,实验结果验证了有限元模型的准确性。在此基础上数值研究了MTRF的增强机理,结果表明:泡沫铝为多胞管提供了强的侧向支撑,抑制了其在压缩载荷作用下横向变形,使得变形模式由低阶变形模式向高阶的变形模式转变,即表现为塑性铰数目增多,使得MTRF结构承载和吸能性能显著提高。

泡沫铝压缩和吸能性能的影响因素分析

泡沫铝是近年来日益发展的一种新型结构–功能一体化材料。为了更加深入清晰地了解各因素对泡沫铝压缩性能的影响,选取影响泡沫铝压缩性能的尺寸、孔隙率、孔径作为讨论对象,系统地阐述了这3个因素对泡沫铝压缩性能与吸能性能的影响。分析表明,试件尺寸对泡沫铝的压缩和吸能性能均有重要影响;孔隙率对泡沫铝的性能具有决定性作用;孔径对泡沫铝压缩和吸能性能的影响规律尚有待揭示。

冲击载荷下箭头型负泊松比蜂窝结构动态吸能性能研究

以箭头型负泊松比蜂窝结构为研究对象,在已有的冲击载荷下蜂窝结构平台应力理论模型的基础上,着重考虑平台区和平台应力增强区,建立了其受冲击载荷时吸收能量的理论模型,得到了其在冲击载荷下不同阶段吸收能量及对应等效应力大小与几何参数的关系。基于ANSYS仿真软件模拟了在冲击载荷作用下,箭头型负泊松比蜂窝结构的吸能和应力情况,对比验证了仿真结果与理论模型。结果表明,利用所建立的理论模型能够较为准确地描述蜂窝结构在冲击载荷下的动态吸能性能,并为负泊松比蜂窝结构的几何参数选择和优化设计提供指导。

基于拉丁超立方方法的复合材料结构吸能性能研究

本文选取G827/5224复合材料圆管作为基础材料,利用拉丁超立方的实验设计方法,通过改变材料的属性得到复合材料圆管的吸能性能与材料属性参数之间的关系,并研究材料参数之间的相互作用。结果表明,剪切强度S对平均载荷的影响最大,其次为复合材料剪切损伤演化系数AM,剪切对拉伸的作用系数α对平均载荷的影响较小。剪切系数α与剪切强度S间存在较强的耦合效应,进行复合材料吸能结构设计选材的时候,应尽量选取强度较高,剪切损伤演化系数较小的材料。

泡沫铝原位填充薄壁管的力学及吸能性能

采用填加造孔剂法制备了泡沫铝原位填充薄壁管,通过准静态压缩和落锤冲击试验研究了不同管壁厚度的原位填充管的力学及吸能性能,探究了泡沫铝芯材与薄壁管之间的相互作用。结果表明,在准静态压缩试验中,壁厚1 mm的原位填充管具有更低的平台应力和吸能量,但比吸能值更高。从缓冲吸能方面考虑,壁厚1 mm的原位填充管具有更小的屈服应力和更长的应力平台。在落锤冲击试验中,泡沫铝的加入提高了薄壁管的承载能力,并使其变形过程更加稳定。

破片撞击下复合夹层板梯度泡沫铝夹芯吸能性能研究

为了掌握复合夹层板的梯度泡沫铝夹芯在受到高速弹片冲击时,梯度大小、方向对梯度泡沫铝芯层变形模式、吸能性能的影响,本文采用Abaqus建立梯度参数γ分别为-2.1,-1.5,0,1.5,2.1的二维Voronoi梯度泡沫铝有限元模型,梯度参数的设置考虑了梯度大小、方向的影响,冲击过程采用指数衰减速度冲击方法,研究冲击过程中不同模型的变形特征、动能以及内能的变化。研究结果表明,梯度泡沫铝靠近冲击端的上半部分贡献了应变的60%以上,该区域局部密度越大,梯度泡沫铝的能量吸收能力就越强。由于负梯度泡沫铝靠近冲击端区域密度最大,因而其吸收的内能高于均匀随机泡沫铝和正梯度泡沫铝,并且梯度大小|γ|越大,负梯度泡沫铝的吸能优势越明显。因此,将负梯度泡沫铝填充到船体夹层板中,可以提高船体夹层板的抗冲击性能。