PET泡沫三明治结构准静态弯曲和疲劳性能试验研究

在材料尺度下,借助试验手段获得了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫三明治结构各组分材料(PET泡沫芯层、铝合金面板以及胶粘剂)的力学性能,以及PET泡沫的玻璃化转变温度和微观拓扑形态。在结构尺度下,在不同温度下进行了三点弯曲准静态试验,探究了温度对弯曲性能的影响,揭示了温度对变形响应过程的影响机理;同时,开展了常温下的三点弯曲疲劳试验,分析了载荷水平和加载频率对失效模式、疲劳寿命和刚度退化等指标的影响;在此基础上,开展了计及温度效应的三点弯曲疲劳试验,探究了环境温度对PET泡沫三明治结构疲劳性能的影响。结果表明,温度效应会显著影响PET泡沫三明治结构在准静态和疲劳弯曲载荷作用下的变形和破坏机理。

芯材双向开槽工艺对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响

借助实验结合仿真分析的研究方法,深入探究了芯材表面双向开槽对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响,采用熵权法-优劣解距离法对16种开槽工况进行了详细分析。结果表明,在三点弯曲实验中,PET泡沫芯材的压缩应变主要集中在中间压头附近,永久塑性变形出现在铝合金面板和胶层处,未在各组分材料中发现明显的失效行为。随着芯材开槽体积的增大,结构的刚度、峰值载荷和总能量吸收均增大,结构的比吸能减小;开槽深度、宽度、间距会对这些性能指标产生显著影响;胶粘剂在连接芯材和面板的同时,增强了结构的抗弯曲性能。最后,基于熵权法-优劣解距离法,确定了芯材表面最优的开槽方案。

一种新的内翻管理论模型及其耐撞性研究

圆管圆角模具内翻作为金属薄壁管的一种变形模式有着良好的吸能特性.现有关于内翻模式的理论模型均假设变形区曲率恒定且很少有关于翻转全过程翻转力的研究.通过试验测试和有限元模拟对6063铝管的内翻过程进行了研究,并结合外翻模式变形特点详细探讨了内翻模式的变形特点.根据试验和有限元结果提出了一种新的描述内翻模式的理论模型,该理论模型在同时考虑了变形区曲率变化和管壁增厚的基础上,对内翻全过程的翻转力也进行了预测,进而可以得到内翻模式总吸能和比吸能的理论结果.通过与前人理论结果和试验结果的对比得到,文章理论结果更吻合试验和有限元结果.最后,根据验证后的理论模型对内翻模式的耐撞性进行了分析讨论,结果表明:存在最优模具半径使得内翻稳态力、总吸能和比吸能最小;增大圆管壁厚可显著提高内翻模式吸能特性;增大圆管半径能提高内翻稳态力和总吸能,但会降低比吸能.新的内翻理论模型为描述内翻变形模式和内翻管作为吸能元件提供了理论依据.

泡沫填充铝合金多胞防爬器的吸能机理

提出了一类新型防爬器—泡沫填充铝合金多胞防爬器,并通过数值仿真结合试验验证的方法研究了其在轴向荷载作用下的能量吸收机理。结果表明,填充闭孔泡沫铝并提高其密度可以在峰值压溃力几乎不变的前提下有效提高铝合金多胞防爬器的能量吸收能力,且能够进一步提升蒙皮材料的吸能潜力。此外,当壁厚较小时,该防爬器极易产生不利于能量吸收的整体失稳;而壁厚增大时,防爬器的变形模式趋于稳定,总能量吸收增加,且蒙皮材料的能量吸收占比逐渐增加。

基于显式有限元的钢筋混凝土构件准静态响应分析

显式有限元可以有效避免土木工程计算中常见的不收敛现象,但在解决钢筋混凝土构件准静态响应问题中应用较少,且缺乏科学、详细的分析过程。为验证显式分析求解钢筋混凝土结构准静态响应的可靠性,本文对一钢筋混凝土梁(尺寸为1400mm×100mm×150mm)进行了四点弯曲试验。同时,使用ABAQUS/Explicit建立了与试验对应的有限元模型,并对模型的建立、网格无关性分析、提高计算效率的方法进行了探究。经验证,该有限元模型的最佳网格尺寸为10mm,由系统最低阶模态结合平滑幅值曲线确定了该有限元模型最佳加载速度为0.4m/s。研究结果表明,在使用显式有限元求解钢筋混凝土梁的准静态响应过程中未出现不收敛现象,且在各阶段都与试验结果有较好的一致性。

薄壁开孔圆管在轴向荷载作用下的理论研究

研究薄壁开孔圆管的轴向耐撞性有助于其在缓冲、吸能领域的广泛应用。通过分别考虑开孔区域和未开孔区域的能量吸收特征并引入材料的应变强化效应,根据塑性铰理论建立了轴向荷载下开孔圆管轴对称压溃模式的理论模型,得到了弯曲应变能、拉伸应变能、平均压溃力、比吸能的解析表达式。分析结果表明:该理论模型的预测结果与数值和实验结果相吻合;正则化平均压溃力会随半皱褶长细比的降低而显著增加;单层孔数对正则化平均压溃力的影响会随管壁厚度的增加或孔半径的减小而降低;比吸能可通过减少单层孔数或减小孔半径提高。

高速公路防撞垫计算模型动力响应的研究

为减少防撞垫传统设计过程中对实车碰撞试验和三维数值仿真分析的依赖,将防撞垫简化为多个串联的吸能元件,并将车辆和吸能元件均简化为弹簧-质量单元。采用多自由度弹簧-质量系统模拟车辆正面碰撞防撞垫的过程,最终得到相应的计算模型。以包含两个吸能元件的防撞垫为研究对象,使用显式动力学软件LS-DYNA对计算模型进行数值分析,并验证了计算模型的准确性。在满足国内乘员安全规范的前提下,对防撞垫计算模型的屈服荷载Py、屈服前刚度kd、屈服后刚度kt、形状系数c进行了研究,完成了1.3t的车辆以60km/h速度正面撞击防撞垫工况下,防撞垫计算模型的动力响应分析。

新型多胞管轴向吸能特性的理论和数值研究

为改善多边形薄壁管的轴向吸能特性,设计了在其角部区域添加胞元的新型多胞管。基于简化的超折叠单元理论,提出了一种预测多胞管平均压溃力的理论模型。此外,通过数值模拟给出了多胞管在准静态轴向荷载作用下的吸能特性。研究结果表明:理论预测和数值模拟的平均相对误差为5.65%。多胞管的吸能特性随壁厚的增大而增大,随边厚比的增大而减小。在多边形管的角部区域添加胞元可显著提高结构的吸能特性。在四边形管的角部区域添加菱形胞元比添加拱形胞元的吸能特性好;在六边形管的角部区域添加拱形胞元和添加菱形胞元的吸能特性相近。四边形-菱形多胞管的吸能特性最佳。

多边形薄壁多胞管的轴向吸能特性研究

通过数值模拟得到内部添加Y型、三角形和四边形肋板的四、六、八边形薄壁多胞管在准静态轴向荷载作用下的吸能特性,进而基于简化的超折叠单元理论和基本单元法,提出了一种包含正则化平均压溃力修正系数的理论模型,用于预测多边形薄壁多胞管在轴向压溃过程中的响应。研究结果表明:理论预测与数值模拟的结果吻合较好;多胞管的比吸能随着多边形边数的增加而提高;内部添加三角形和四边形肋板比添加Y型肋板的多胞管吸能效果好;修正的正则化平均压溃力与修正系数(有效压溃距离因子)和边厚比有关,且随边厚比的增大而增大;K型单元和包含该基本单元的多胞管修正的正则化平均压溃力最高;八边形-四边形多胞管的吸能特性最佳。

基于理论和数值模拟的薄壁多胞管轴向吸能特性研究

基于简化的超折叠单元理论和基本单元法,提出了一种预测多边形薄壁多胞管平均压溃力的理论模型,并通过数值模拟得到了内部添加肋板的四、六、八边形薄壁多胞管在准静态轴向压缩过程中的变形模式和吸能特性。结果表明:理论预测和数值模拟与以往的实验结果吻合较好。在内部添加肋板可显著提高多边形薄壁管的吸能特性,四、六、八边形管内部添加十字型肋板比添加X型肋板的薄壁多胞管的吸能能力提高更多,比吸能分别提升了68.936%、17.725%和15.297%。正则化平均压溃力与有效压缩距离因子和边厚比有关,且随着边厚比的增大而增大。多胞管的正则化平均压溃力高于对应的单胞管。

捻角和摩擦系数对钢丝绳圈面内压缩行为的影响

采用数值模拟方法研究了捻角和摩擦系数对钢丝绳圈面内压缩行为的影响,分析了钢丝绳圈的能量吸收情况。结果表明:捻角越小,钢丝绳圈在变形过程中出现的股松散现象越明显,稳定性越差;绳圈产生的内能与捻角成反比关系;当捻角为15.9°时,绳圈在压缩过程中比吸能达到最大值,说明捻角是影响钢丝绳圈耐撞性的一个重要因素。改变摩擦系数对绳圈变形模式的影响不大;钢丝绳圈的摩擦耗散能与内能之比在0.6%~2.6%之间变化,且比值随摩擦系数的增大有所增加。

拉伸载荷下有档链环的损伤行为

为研究有档链环在多种工况下的拉伸行为,采用金属韧性损伤本构方程建立了准静态数值模型,并验证了其可靠性。在此基础上,对不同相邻链环平面夹角及截面尺寸的链环结构进行拉伸,得到载荷、链环冠部变形和能量随位移的变化曲线及链环失效断裂模式,分析了链环平面夹角和截面尺寸对链环准静态拉伸行为的影响。研究结果表明,摩擦耗散能、塑性耗散能与内能随夹角增大而减小,链环损伤区域与断面位置随夹角变化规律一致,但承载能力及链环冠部变形受夹角变化影响较小;承载能力和吸能特性均随椭圆截面双轴比的增大而显著增大,链环冠部变形、损伤区域与断面位置也随椭圆截面双轴比变化而呈规律性变化。

薄壁圆管圆角模外翻过程的理论研究

研究薄壁圆管圆角模翻转过程有助于其在金属成形和能量吸收领域的应用。基于变形区曲率连续变化的几何模型和能量法建立一种新的描述薄壁圆管圆角模外翻过程的理论模型,得到成形半径、临界位移和稳态翻转力的理论公式并考虑摩擦效应的影响,其中临界位移为首次提出的用以描述翻转过程的物理量。分析结果表明:该理论模型得到的理论结果与数值结果和试验结果吻合;成形半径、临界位移和稳态翻转力理论预测与数值结果的相对误差均低于5%;摩擦因数对成形半径和临界位移的影响可忽略,对稳态翻转力的影响大。

高速公路防撞垫概念模型的优化及控制参数研究

为了更有效的对高速公路防撞垫进行设计,了解碰撞过程中车辆的运动形式和防撞垫的力学性能。该文使用三自由度弹簧质量系统对现有的概念模型进行优化,并使用显式动力学软件LS-DYNA对该系统进行数值模拟。最终得出重为1.3 t的汽车以60 km/h的速度正面撞击防撞垫工况下,影响乘员安全的控制参数为防撞垫概念模型的屈服荷载、屈服前刚度和压缩距离。

基于实验和数值模拟的深度梯度刻槽管轴向耐撞性研究

带有外部周向宽刻槽的金属圆管受轴向冲击时将产生稳定的轴对称皱褶，因而是一种性能卓越的吸能元件。然而，均匀设置的刻槽将导致皱褶产生部位的随机性。为进一步控制刻槽管的屈曲模式并提高其轴向耐撞性，对其沿管长方向设置连续的深度梯度刻槽。通过精确的实验和数值模拟对深度梯度刻槽管在不同冲击速度和冲击端下的耐撞性进行了讨论。结果表明：刻槽管在轴向压溃过程中将产生随机渐进屈曲、随机塑性屈曲及顺序渐进屈曲三种变形模式。深度梯度刻槽管更容易产生稳定的顺序渐进屈曲模式，并能克服高速冲击带来的局部效应。此外，深度梯度的加入能够大幅度增强刻槽管轴向的耐撞性。