重复冲击载荷下泡沫铝夹芯壳的动态响应

通过数值模拟研究了泡沫铝夹芯壳在重复冲击载荷作用下的变形和能量耗散机理,分析了曲率半径、前后面板厚度分配、芯层厚度和冲击能量梯度对结构抗重复冲击性能和能量吸收能力的影响规律。结果表明:在重复冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯壳结构的变形不断累积,前面板局部弯曲变形,芯层局部压缩,后面板整体弯曲变形。随着冲击次数的增加,冲击力峰值逐渐增大,冲击持续时间缩短,结构能量吸收能力降低,整体抗弯刚度增大。每次冲击能量相同时,泡沫铝夹芯壳结构曲率越大,能量吸收能力越强,同时前、后面板5次重复冲击后的中点挠度大于曲率较小的夹芯壳结构。5次重复冲击载荷作用下,前面板厚度较大且后面板厚度较小时,结构的比吸能较低,但后面板中点挠度较小。泡沫铝芯层厚度越大,结构的后面板挠度越小,但总比吸能降低。3种不同梯度的冲击能量作用下,递增能量工况下结构的吸能最多,前、后面板的挠度较大,递减能量工况下结构的吸能最少,前、后面板的挠度较小。

机械振动对消失模壳型铸造A357合金显微组织和力学性能的影响

对A357铝合金消失模壳型铸造铸件凝固过程中的机械振动频率如何影响合金的显微组织、力学性能和断裂行为进行了研究。试验结果表明:不同频率下的机械振动显著改善了A357合金α-Al初生相和共晶硅颗粒的尺寸和形貌,提高了A357合金的力学性能和密度。随着振动频率的逐渐增加,A357合金的晶粒尺寸和二次枝晶臂间距逐渐减小,力学性能和密度逐渐提高。α-Al相和共晶硅颗粒的形貌分别由粗枝晶向等轴晶和粗片状结构向纤维状结构演变,振幅越强,平均晶粒尺寸越大,合金的力学性能随着振幅的增加而不断下降。此外,机械振动使A357合金的断口形貌由无振动时的脆性断裂转变为明显的塑性断裂,且随着振动频率的增加,韧窝加深且分布更加均匀。

泡沫铝填充多棱管的吸能分析

通过LS-DYNA模拟分析泡沫铝填充多棱管的准静态过程。以柱壳比(R)作为比较具有不同截面形状的泡沫铝填多棱管的依据。通过比吸能、比力和能量吸收率,实现泡沫铝填充多棱管吸能性能的定量化比较分析。研究发现在具有相同柱壳比的条件下,泡沫铝填充四棱管的比吸能最高;泡沫铝填充八棱管的能量吸收率最高(约78%);四棱管的吸能量占泡沫铝填充四棱管总吸能量的比例最小(约57%)。不同的几何形状和结构对泡沫铝填充多棱管的吸能性能有着显著的影响。同时,对泡沫铝填充多棱管的变形模式和内在机制也做了初步的分析。

泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响

为了研究泡沫铝材料对水下爆炸冲击波的衰减特性,将泡沫铝材料制成不同壁厚的泡沫铝壳,初步研究了泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响。利用水下压力测试系统,分别测试了裸太安(PETN)药柱和将PETN药柱分别放入壁厚为1.5,2.5,3.5 cm的泡沫铝壳中爆炸条件下,距药柱0.5 m处的冲击波时程压力。通过对数据分析,发现泡沫铝壳不仅可以消减爆炸冲击波峰值压力,而且可以有效地吸收冲击波比冲量和冲击波比能。同时,利用水下摄影系统记录了泡沫铝壳在爆炸载荷作用下变形、破碎和运动的过程。结果表明:泡沫铝壳通过自身的压缩变形和破碎来消耗爆炸冲击波的能量,进而起到对水下爆炸冲击波的消减作用;泡沫铝壳的壁厚对水下冲击波衰减的影响十分明显。

内部填充泡沫铝的柱壳力学响应数值模拟

针对泡沫铝及其填充圆柱壳的变形模式复杂、理论分析困难的问题,在分析泡沫金属唯象本构模型的基础上,用Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型描述泡沫铝的力学行为,用随机几何缺陷描述结构的可能缺陷形式,采用有限元法对内部填充泡沫铝的圆柱壳结构在轴向载荷作用下的静、动态力学响应进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果较一致,表明Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型可用来描述泡沫铝在复杂应力状态下的力学特性,本文中采用的数值模拟方法是合理的。

高g值冲击下泡沫铝填充铝壳轴压特性

针对弹载测控装置因承受高g值冲击而发生失效的问题,将不同厚度铝壳和不同密度的泡沫铝填充结构用于其缓冲保护,采用含有偏心率因子的直链塑性铰模型分析了铝壳在轴向高g值冲击加速度作用下的压溃特性,通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了结构在轴向冲击下的动力屈曲行为,讨论了铝壳厚度以及泡沫铝密度对泡沫铝填充铝壳结构力学性能的影响。仿真结果表明:在铝壳内填充泡沫铝,提高了结构的平均压溃力,改善了轴向压溃载荷波形。铝壳的偏心率因子不随铝壳厚度变化而变化。

高冲击下泡沫铝填充结构压溃吸能研究

为研究铝壳厚度和泡沫铝密度对填充结构压溃吸能特性的影响,运用LS-DYNA有限元软件,对不同厚度、不同密度的填充结构在幅值为30 000g、脉宽为160μs半正弦加速度冲击下进行数值模拟,提出载荷效率、比吸能、隔冲效率以及最大加速度响应4个指标评价结构的压溃吸能特性。研究表明,结构的缓冲效果主要由壳的厚度决定,而能量吸收过程中壳和泡沫铝相互影响、共同作用。综合上述4个因素,在不同组合的填充结构中S0.6F0.7缓冲吸能特性最好。

复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟

采用LS-DYNA显式非线动力有限元程序,数值模拟了内置柱壳/组簧和泡沫铝夹层的防爆罐在3 kg TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能。结果表明:该防爆罐内壁面压力载荷呈现多次脉动特征。比冲量载荷经历数次阶跃上升。柱壳/组簧结构可以将爆炸能量更加均匀地传递给泡沫铝吸能夹层,在保证防爆罐内筒不发生塑性变形的前提下,可使泡沫铝的吸能效率显著提高。定量分析防爆罐内部各物质、各结构间的能量转化与吸收,表明泡沫铝夹层可通过卸载动能和透射应力波的形式较好吸收、转移内层钢板所获得的冲击能量。

多孔金属夹芯结构的抗爆性能研究

多孔金属夹芯结构已被广泛应用于航空航天等领域,研究其抗爆吸能性能具有十分重要的意义。分别对金属空心小球和泡沫铝两种夹芯壳结构在TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能进行爆炸实验,并采用AN-SYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟研究。结果表明:金属空心小球夹芯结构作为抗爆吸能结构是可行的;在结构框架尺寸与质量相同时,内面板厚外面板薄的夹芯结构具有更好的抗变形能力,内面板薄外面板厚的夹芯结构则具有更好的吸能特性;在结构框架尺寸与质量相同时,负梯度夹芯结构、并列型小球夹芯结构、小半径小球夹芯结构具有更好的抵抗爆炸载荷和吸收冲击能量的性能;在结构框架尺寸与质量相同时,金属空心小球夹芯结构的整体强度更高,而泡沫铝夹芯结构能更充分地发挥芯层的缓冲性能。

铝(镁)合金消失模-型壳复合铸造型壳制备

采用基于发泡塑料模样、薄壁型壳和干砂真空造型技术制造铝(镁)合金复杂精密铸件,研究了粉液比对不同粉料配制的硅溶胶涂料性能及其型壳强度的影响,并进行了复合型壳制备优化工艺研究.结果表明:随着粉液比增大,涂料粘度、密度、涂片质量不断增大,型壳强度不断提高;锆英粉和铝矾土型壳焙烧后,型壳强度有较大提高,石英型壳强度出现下降现象系多晶转变所致.采用锆英粉-硅溶胶为表面层,背层为铝矾土-水玻璃2～3层复合型壳,具有较好表面质量和较高强度,且制壳周期短、成本低、脱壳方便.经浇注实验证实,该复合型壳完全能满足铝(镁)合金的浇注成形要求.