气凝胶夹芯结构冲击吸能实验研究

针对装甲车、舰船等武器装备冲击碰撞防护需求,提出一种气凝胶夹芯冲击吸能结构,采用一级轻气炮系统,结合力传感器、高速摄像及数字图像相关技术,研究10.4m/s、15.4m/s、19.0m/s共3种较高冲击速度下7种气凝胶夹芯结构冲击吸能特性。研究结果表明:随着冲击速度的增加,7种气凝胶夹芯结构的峰值碰撞力、压垮距离、比吸能、平均碰撞力均逐渐增大;相同冲击速度下,随着气凝胶层厚度的增加,气凝胶夹芯结构的比吸能逐渐增大,峰值碰撞力呈下降趋势,碰撞力效率总体变化较小;在研究范围内,较大的气凝胶层厚度有利于结构冲击吸能特性的提高,同时避免过大峰值碰撞力对防护人员或装备的损伤。

新型截面耐撞梁及其冲击吸能性能分析

提出了一种类似泡沫填充结构的轻质高吸能内部加筋薄壁梁的截面型式(加筋薄壁梁),采用数值仿真技术,以初始冲击力峰值、总吸能、比吸能为指标分析了该截面型式梁的抗弯性能。与同等质量的空心方形梁和泡沫铝填充梁进行比较,发现加筋薄壁梁的吸能性能(或比吸能)显著提高,同时初始冲击力峰值也有大幅下降,说明这种加筋薄壁梁是新型保险杠的良好截面型式。

板状立方点阵超结构填充汽车吸能盒的抗冲击吸能特性

为满足汽车轻量化设计对吸能结构的要求,进行了板状立方点阵力学设计及冲击吸能研究。设计出简单立方(SC)、体心立方(BCC)、面心立方(FCC)3种板状立方基本胞元,及其组合SCBCC、SC-FCC 2种组合胞元。对BCC、FCC、SC-BCC、SC-FCC等4种板状点阵结构变形机制、力学响应进行了系统分析,将4种结构在10、50 m/s冲击速度下吸能特性进行评估对比。结果显示:板状立方点阵结构填充吸能盒低速冲击下峰值载荷低于100 kN,其平均载荷与峰值载荷近乎相等,组合胞元填充吸能盒比吸能(SEA)高于32 J/g。板状立方点阵结构较传统吸能盒具有优良的抗冲击和吸能特性,在轻量化汽车被动防护领域有广阔应用前景。

基于内翻复合材料管的冲击吸能器特性研究

提出了一种利用复合材料管向内翻转、压溃来吸收冲击能量的吸能器。吸能器由复合材料管和两端的连接帽组成,其中一个连接帽内端面为平面;另外一个连接帽内端面为曲面,在复合材料管受到轴向冲击时,使管壁内翻,产生分层和断裂,并逐渐填满复合材料管内腔。在复合材料管的压溃过程中,没有任何的碎屑溢出,在管材内腔的碎屑逐渐被压实,进一步提高吸能器的性能。吸能器主要通过复合材料分层、断裂以及复合材料管与套筒间的摩擦来吸收冲击能量。分别使用静态试验和冲击试验研究了连接帽内表面曲率对吸能效果的影响,结果表明,该新型吸能器在减小初始峰值载荷的同时能够增加材料的比吸能,非常适合应用于轻量化的抗冲击结构中。

舰船设备冲击吸能器隔冲效果评估研究

为了选择合适的材料和结构作为冲击吸能器以提高舰船设备的抗冲击能力,对冲击吸能器隔冲效果的评估方法进行了研究,提出了隔冲效率、加速度响应不平稳度和压溃率3个评价指标,然后利用LS-DYNA分析软件模拟冲击环境,对泡沫铝、铝管和泡沫铝填充铝管3种材料作为吸能器时的隔冲效果进行了评估比较。研究结果表明,本文提出的评价指标很好地实现了对舰船设备冲击吸能器隔冲效果的有效评估,为冲击吸能器的合理选材和结构设计提供了依据。

泡沫铝冲击吸能器参数的优化设计

对泡沫铝冲击吸能器的安装方式进行设计与简化,在此基础上建立泡沫铝冲击吸能器的数学模型,利用MATLAB优化工具箱对泡沫铝冲击吸能器的数学模型进行优化求解,得出优化后吸能元件的参数。研究表明,优化设计后吸能器的吸能能力和稳定性得到了提高,优化后结构的比吸能也明显高于优化前,优化效果十分显著。优化设计可为设计和开发泡沫铝吸能器质优产品,提供可靠实用的借鉴和可行的理论依据。

带泡沫铝冲击吸能器的单层隔振系统隔冲效果评估

首先对舰船单层隔振系统中引入泡沫铝冲击吸能器进行了冲击试验,综合考虑最大加速度和最大相对位移2个影响舰船设备防护的重要指标,提出4个隔冲效果评估指标对该隔冲系统进行隔冲效果评估。实现了对舰船设备带泡沫铝冲击吸能器的单层隔振系统隔冲效果的有效评估,为泡沫铝冲击吸能器的选材、结构设计及工作间隙设计提供了指导依据。

水中桩柱中钢绳柔性冲击吸能器试验研究

船撞桥的研究最近２０年来已形成一个学科。国际桥梁和结构工程协会在１９９１年于列宁格勒会议上汇总了这一领域的１５３篇文章。按该汇总报告的观点，作者开发了一种新的钢绳冲击吸能器。在制造这种吸能器时，应用了３种技术：钢绳紧密堆垒排列；选择合理的结构和高强度钢绳；钢绳端部压套。这样便得到高的吸能率，而且在多次冲击后不会松散。本文测定了动态特性，诸如最大冲击功，吸收功，吸能率，变形量恢复等，这些参数对于设计防撞设备是必需的。这些吸能器的吸能率为橡胶吸能器的２～３倍。本文给出用这些吸能器装配成吸能设施的方法，当它们串联和并联时的能量计算，能将船头折反离开的钢圈的构造以及使防撞设施浮在与船舶水线相当位置的办法。

机械冲击防护柱胞夹芯复合材料及其吸能性能

对机械冲击的定义进行了解释,重点分析了柱胞的抗冲击吸能原理,介绍了抗冲击吸能性能评价指标。在此基础上,阐述了直管、锥形管、球壳结构三种不同构型的柱胞单元在冲击荷载条件下的吸能特性及其研究现状,并对比了不同要素对柱胞抗冲击吸能性能的影响。最后分别归纳总结了不同构型柱胞单元的抗冲击吸能特性,并对机械冲击防护材料进行了初步展望。

新型星形负泊松比抗冲击结构设计与入水冲击

针对跨介质飞行器入水过程中受到较大冲击载荷的问题,提出一种基于工程需求的负泊松比抗冲击结构拓扑优化设计方法,通过将弹性模量和泊松比引入拓扑优化设计的目标函数,得到满足抗冲击性能需求的负泊松比星形-四边形蜂窝(Star-quadrangular Honeycomb,SQH)结构。在建立SQH结构理论分析模型的基础上,推导冲击载荷下的平台应力解析公式,并通过数值模拟仿真进行校验。通过与星形-圆环蜂窝(Star-circle Honeycomb,SCH)等多种负泊松比结构的比吸能进行对比,得到SQH结构在低速、中速、高速冲击下的比吸能分别高于SCH结构28.74%、45.2%、7.03%。通过流固耦合仿真分析,对所设计的SQH夹层结构进行入水冲击降载研究,进一步讨论SQH夹层结构主要尺寸参数对入水冲击特性的影响。研究结果表明,在尺寸允许范围内,SQH单元倾角和单元壁厚的增大均使得结构产生的加速度峰值减小,动能转化为结构的变形能也减小,验证了用于工程需求的负泊松比结构拓扑优化设计的有效性。

薄壁圆筒冲击屈曲吸能行为的实验与数值模拟研究

本文利用结构冲击实验平台,研究了薄壁圆筒结构低速大能量冲击下的屈曲吸能行为。实验结果表明:局部应变率对屈曲压溃力历程有较大影响;同时,材料应变强化效应导致了平均压溃力的实验值高于理论值。利用LS-DYNA软件对薄壁圆筒冲击吸能过程进行了数值模拟,采用Johnson-Cook方程、弹塑性(Cowper-Symonds方程)二种考虑应变率和应变强化的本构模型,比较了本构模型及边界条件对屈曲行为的影响可知,在合适的边界条件下,Johnson-Cook模型能更好地反映薄壁圆筒的冲击屈曲行为。

射吸式冲击器在塔里木地区的现场应用

随着油气勘探开发向纵深发展,深井、超深井数量逐渐增多,钻遇地层硬度随之增大,机械钻速大大降低。针对该问题,研制了射吸式冲击器。通过给钻头提供高频的轴向冲击力,辅助破岩,从而大大提高机械钻速。室内实验验证了射吸式冲击器的高频轴向冲击振动可以为钻头提供一定的冲击力。现场试验结果表明,使用射吸式冲击器后,机械钻速提高了133.0%,并且射吸式冲击器的井底纯钻时间达到130h,工具井下工作时间154h,寿命大幅度提高。该项研究结果为射吸式冲击器在钻井过程中的合理应用提供了理论依据。

射吸式液动冲击器内部流场数值模拟研究

在给出射吸式液动冲击器基本结构的前提下,利用Pro/Engineer软件建立了这种冲击器的流动实体,并对流动实体进行了网格划分。利用计算流体动力学对冲击器内部流场进行了数值模拟计算,得到冲击器内部流场的速度和压力分布;排量与卷吸作用的关系;冲击器各受力面的受力情况;喷嘴的直径和结构对工作参数的影响规律;同时也分析了冲程对冲击器工作参数的影响。模拟研究结果对指导冲击器的内部结构设计具有重要意义。

射吸式冲击器冲击效果离散元分析

随着深井、超深井数量逐渐增多,钻遇地层硬度也随之增大,机械钻速则大大降低。针对该问题,研制了射吸式冲击器。通过给钻头提供高频的轴向冲击力辅助破岩,从而大大提高机械钻速。此外,通过离散元仿真软件对射吸式冲击器冲击效果进行了仿真。仿真结果显示,射吸式冲击器为钻头提供一定的轴向冲击力,加快了钻头破岩速度。

冲击吸震器刚度参数的正确选择

通常可用一个冲击吸震器来使一个快速运动的机器零件停止运动。选用冲击吸震器的关键参数是冲击力,要求在应用冲击吸震器后,使其值由最大减为最小。最大冲击力取决于一个常冲程吸震器的刚度。实际上有一个最佳刚度值可以保证可能产生的冲击力最小。最佳刚度值可由下式确定:

纳米微球增强聚氨酯泡沫的制备及抗冲击应用

目的获得基于纳米颗粒增强的冲击吸能材料。方法基于剪切增稠液体技术,将纳米微球分散于多元醇基体中,制备中低密度的软质聚氨酯泡沫材料,利用SEM、SHPB、落锤冲击和爆炸冲击波试验分析材料的结构、冲击吸能特性和冲击波衰减特性。结果纳米微球增强聚氨酯泡沫材料具有优异的冲击吸能特性和冲击波衰减能力。结论纳米微球增强聚氨酯泡沫材料可以应用于护具装备、缓冲包装和冲击波防护领域。

射吸式冲击器在金矿钻探中的应用效果

改革开放以来,随着我国科技的不断发展,使得各行各业的发展变得十分的迅速。我国的国土面积十分辽阔,蕴含的自然资源总量也十分巨大。在金矿的钻探过程当中,采用射吸式冲击器与其他钻探方式相比,应用效果各不相同。而本文所要探究的内容就是射吸式冲击器在金矿钻探当中的应用效果,对射吸式冲击器在金矿钻探当中的应用情况以及效果进行更好的分析,从而提高金矿钻探的效率。

负泊松比结构力学设计、抗冲击性能及在车辆工程应用与展望

轻量化多功能负泊松比结构由于具有优异的可设计性、拉胀特性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能、减震降噪等特性,在车辆吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力.本文详细综述了负泊松比结构的力学设计及其在车辆工程中的典型应用:(1)负泊松比基本概念及其力学特性,以及近几十年来的快速发展趋势;(2)负泊松比材料与结构构型设计方法的基本分类、负泊松比泡沫材料微结构特征及制备工艺、负泊松比复合材料设计方法的基本发展历程以及前沿人工智能设计方法;(3)针对典型负泊松比结构的力学设计进行详细介绍,主要包括手性结构、方格旋转结构、双箭头内凹结构、内凹蜂窝结构、拉伸扭转效应负泊松比结构等;(4)负泊松比材料与结构的冲击吸能特性及相关的实验、理论和模拟研究;(5)负泊松比材料与结构在汽车轻量化设计领域的典型应用,主要包括汽车吸能盒、B柱、发动机罩、安全带、悬架、免充气轮胎等典型吸能结构件;(6)负泊松比结构在汽车工程中的应用前景,所面临技术挑战和巨大应用潜力.

冲击载荷下薄壁组合矩形梁响应特性研究

在落锤冲击下对薄壁组合矩形梁进行了实验及有限元分析,对薄壁组合矩形梁及薄壁单层矩形梁在落锤冲击下的力-位移、能量吸收特性进行了比较分析,并对薄壁组合矩形梁的变形屈曲特征、过程及不同冲击速度下的吸能情况进行了分析.结果表明:在相同横截面积及质量情况下,薄壁组合矩形梁较薄壁单层矩形梁具有更好的刚度及抗冲击能量吸收能力.

Ballistic Penetration Damage of Hybrid Thermoplastic Composites Reinforced with Kevlar and UHMWPE Fabrics

Polymer matrix types of fiber hybrid composites are key factors to improve ballistic impact damage tolerances.Here we report ballistic penetration damages of Kevlar/ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE)hybrid composites with thermoplastic polyurethane(PU)matrix.The hybrid composites were penetrated by fragment-simulating projectiles(FSPs)using an air gun impact system.The effects of stacking sequences on the ballistic performance of hybrid composites were analyzed.Two types of specific energy absorption(the energy absorption per unit area density and the energy absorption per unit thickness)were investigated.It was found that the main damage modes of PU hybrid composites were fiber breakage,matrix damage,fiber pullout and interlayer delamination.The instantaneous deformation could not be used as a reference index for evaluating the ballistic performance of the target plate.The energy absorption process of the PU hybrid composites showed a nonlinear pattern.The hybrid structure affected the specific energy absorption of the materials.