基于进排气装置填充泡沫应用性能研究

分析了进排气装置的结构组成和填充泡沫成型工艺,运用ANSYS Workbench中的热力学模块对进排气装置填充泡沫隔热性能进行了仿真计算,并开展了填充泡沫样件隔热和吸水率试验。仿真和实测结果表明:填充泡沫隔热性能显著,能够减少排气管内180℃高温废气所含热量传导至进气管表面,使进气管表面的温度降至61℃,且在0.15 MPa压力保压24 h后最大吸水率为0.72%,满足隔热和吸水率使用要求,释放了风险,为其应用提供了坚实的理论支持。

圆形泡沫铝填充钢管静态压缩性能研究

通过实验研究了圆形泡沫铝填充钢管构件在静态压缩下的性能。对本试验范围内的结果进行分析可知,在外围钢管厚度较小时,在静态压缩过程中圆形泡沫铝填充钢管构件发生局部屈曲变形,压缩变形曲线现为弹性阶段和屈服平台阶段;在外围钢管厚度较大时,圆形泡沫铝填充钢管构件发生整体失稳,压缩曲线在经历弹性阶段后,进入弹塑性屈服阶段,到达峰值荷载后,构件承载力迅速下降。在试验基础上,提出了圆形泡沫铝填充钢管构件的平均压溃载荷和极限压溃载荷的设计公式,同时将试验结果与理论公式进行了比较,两者数值较为吻合。

椭圆形泡沫填充薄壁管斜向冲击吸能特性仿真研究

为了提高汽车在斜向碰撞中的防撞性,提出了一种新型的椭圆形泡沫填充管。以比吸能和冲击力峰值作为评价指标,采用有限元仿真的方法分析了椭圆向心率、壁厚和泡沫铝密度等参数对其斜向冲击吸能特性的影响。结果表明:向心率的减小,在小角度冲击时,可降低冲击力峰值,大角度冲击时,能提高比吸能量;比吸能和冲击力峰值与壁厚近似为线性关系;泡沫铝密度为0.153 g/cm^3时,泡沫填充管的综合比吸能最小,而冲击力峰值则随着泡沫密度的增大而增大。因此,合理地设计椭圆形泡沫填充管参数有利于提高汽车的防撞性,从而提高乘员安全性能。

泡沫填充薄壁结构的抗弯性分析及多目标优化设计

泡沫铝填充薄壁结构具有轻质、较大承载能力以及高效吸能特性,越来越多地应用于各种工程结构。提出一种新颖的轴向梯度泡沫填充薄壁结构,采用试验与数值分析的方法,系统地分析空管、均匀泡沫填充及梯度泡沫填充薄壁圆管在弯曲工况下的力学响应及能量吸收特性。研究发现,泡沫填充薄壁结构比空管具有更好的抗弯性能。与均匀泡沫填充结构相比,梯度泡沫不仅使得填充薄壁结构的变形模式从单褶皱模式变为多褶皱模式,截面扁化量和抗弯刚度损失显著减小,而且有效地提高了填充结构的承载力及吸能特性。为了进一步探索填充结构的最优耐撞性,结合Kriging近似技术与粒子群数值优化方法,对均匀泡沫和功能梯度填充泡沫薄壁结构进行多目标优化设计,得到了泡沫填充薄壁结构耐撞性的最佳参数匹配设计,并有效提高了结构的抗弯性能,为泡沫填充薄壁结构抗弯性设计提供了参考依据。

泡沫填充蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

吸能盒是交通事故中尤其是低速碰撞最先进行溃缩吸能的结构,传统吸能盒一般为薄壁方形管结构,随着设计理念的发展,提升吸能能力最主要的两条路线为泡沫填充和复合夹层结构填充。本文分别将EPP泡沫填充六边形,类四边形和类蜂窝夹层,形成复合型泡沫填充蜂窝夹层吸能盒,采用理论分析与数值仿真的方式,以相应的碰撞评价参数对其进行吸能特性研究。结果表明:泡沫填充蜂窝夹层结构吸能盒大大提升了传统吸能盒的吸能能力,并且采用泡沫填充后,蜂窝夹层结构吸能盒的吸能特性也得到了进一步增强。

泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管轴向耐撞性分析

建立了一款新型泡沫铝填充多胞圆锥管(aluminum foam-filled multi-cell conical tube, AFMCT)。基于LS-DYNA软件建立AFMCT有限元模型,采用准静态压缩实验验证,研究胞元数、锥角、壁厚以及泡沫铝密度等参数对AFMCT吸能特性的影响规律。结果表明:AFMCT具有较规整的变形模式,受结构参数的影响不大;壁厚的增大对结构吸能能力的影响最大;胞元数和锥角其次;泡沫铝密度影响最小。研究结果可为薄壁管吸能装置的设计提供参考。

金属泡沫填充薄壁圆管的轴压载荷-位移关系

将泡沫填充圆管的能量吸收视为泡沫与圆管两者之和,基于包含偏心率效应的直链塑性铰模型和Reddy等对Alexander模型的改进结果,对圆管的变形模式进行了更改,以此来反映管壁与金属泡沫之间的相互作用效应,导出了金属泡沫填充圆管的静、动态轴向平均压溃力的表达式.通过理论预测与实验的对比,发现理论预测偏低,但与实验曲线的趋势保持一致,比空管与金属泡沫的平均载荷之和略高一些.此外,泡沫填充圆管的平均压溃力随填充泡沫平台应力的增大而呈线性增加,与已有研究结果及实际情况一致,由此表明了模型的合理性.

泡沫铝填充薄壁圆管的三点弯曲实验的数值模拟

泡沫金属填充薄壁结构的应用日趋广泛,建立合理的数值计算模型对结构设计和工程应用非常重要.该文通过对泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的三点弯曲实验的数值模拟,研究了它的力学行为.采用ABAQUS软件,建立了空管和泡沫铝全填充管的有限元模型,并对这两种结构在三点弯曲下的力学行为进行了数值模拟,所得结果与实验结果符合得较好.通过数值模拟分析了结构的承载机理和不同压头直径对结构承载能力的影响.此外,还研究了泡沫铝部分填充圆管的三点弯曲行为,分析了不同填充长度对结构承载能力的影响.

泡沫填充夹芯墙多胞结构的耐撞性多目标优化设计

泡沫填充管由于其优秀的能量吸收性能引起越来越多的关注。根据对丝瓜结构的研究,提出一种与丝瓜横截面类似的泡沫填充夹芯墙多胞结构。基于非线性有限元软件LS-DYNA,建立此种泡沫填充夹芯墙多胞结构的轴压分析有限元模型。基于多项式代理模型,采用多目标粒子群优化算法对不同截面形状的多胞结构进行了优化设计。根据优化结果对不同结构的选择给出指导性意见,使结构在满足峰值力限制的情况下拥有最好的吸能特性。提出的新型结构在车辆工程及航空航天等领域具有很好的应用前景。

泡沫铝填充薄壁方形铝管的静态弯曲崩毁行为

研究了泡沫铝填充的方形铝管的准静态三点弯曲行为.实验表明:泡沫铝填充有效地改变了铝管的局部崩毁变形模式;界面粘接提高了填充结构的抗弯刚度,但使结构易在较小转角下发生破坏.最后,基于实验提出了一个分析填充结构弯曲崩塌行为的理论方法,在小转角下给出了与实验相当吻合的结果.

空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁冲击性能实验研究

为了提高油罐车罐体在冲击载荷下的强度和耐撞性,提出了两种三明治结构:空心和PMI泡沫填充率波纹夹心结构,来代替传统的均质结构,通过泡沫块冲击实验,对两种构型的三明治夹芯梁的冲击性能进行了研究。通过高速摄影观察了夹芯梁的变形过程,得出了在不同冲击速度下同质量不同芯体结构的夹芯梁后面板所产生位移的时程曲线,考察了两种类型夹芯梁在冲击载荷下的后面板中点位移及各自的变形特点。实验结果表明:空心波纹夹芯梁在速度较高的冲击载荷作用下,前面板在冲击区域发生撕裂,波纹芯体发生较大幅度的压缩;相对于空心夹芯梁,PMI泡沫填充夹芯梁前面板的撕裂和芯体的压缩程度大幅减小,但后面板中点位移较空心夹芯梁更大。由于结构的撕裂在罐车的行进过程中容易扩展并至更严重的破坏,因而填充夹芯结构相对空心结构更具优势。

空心及PMI泡沫填充铝波纹板夹芯梁冲击性能的数值研究

已有文献在空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁受泡沫铝块冲击作用的实验中观察到:泡沫填充夹芯梁在相同的载荷下,比相同重量的空心夹芯梁产生更大的后面板中点塑性永久位移。为了分析实验中观察到的现象并揭示其中的力学机理,本文基于商用有限元软件Abaqus/Explicit对空心及泡沫填充铝波纹夹芯梁在冲击下的动态响应进行了数值模拟研究;通过考察芯体与面板间理想连接和脱粘两种情况,研究了界面粘结性能对夹芯梁抗冲击性能的影响。结果表明,实验结果介于这两种情况的模拟结果之间。通过分析空心及泡沫填充夹芯梁不同子结构的塑性吸能差异,发现填充泡沫后夹芯梁的前面板吸能相对于空心夹芯梁有所减小,而后面板的吸能则相对增加。对两种夹芯梁前后面板中点速度的研究表明,由于填充泡沫的波纹芯体对前后面板的支撑作用增大,减缓了前面板的变形并加剧了后面板的变形,因此通过填充泡沫可以减小夹芯梁前面板的变形和撕裂,然而会增大后面板的塑性永久位移。

泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏模式分析

为了提高波纹夹芯结构作为高铁车厢或油罐车罐体容器外壳在面内压缩载荷下的结构稳定性,提出了在波纹芯体空隙中填充聚酯泡沫的设想,理论研究了泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏行为,同时对面内压缩破坏进行了数值有限元验证。泡沫填充波纹夹芯梁面内压缩下的主要破坏模式为宏观弹塑性屈曲、面板弹塑性起皱2种模式。结合宏观尺度上芯体的均匀化等效弹性常数,建立宏观屈曲破坏的理论模型;将泡沫等效为Winkler弹性基,建立面板起皱破坏的理论模型。对304不锈钢波纹夹芯板和Rohacell 51泡沫填充材料,构建结构的破坏模式图,有限元计算结果从破坏模式和临界载荷2个方面验证了理论预测的可靠性。在此基础上,对泡沫填充波纹夹芯结构进行质量最小优化设计,获得结构的最优化几何尺寸。综合考虑承载、能量吸收、减振、隔热等多功能特性,相较于空心波纹夹芯结构和金字塔点阵夹芯结构,泡沫填充波纹复合结构具有潜在的重要工程应用价值。

轴向压缩下泡沫铝填充薄壁圆管吸能特性研究

利用有限元软件ABAQUS对7种不同几何尺寸的泡沫铝填充管进行准静态轴向压缩的数值仿真分析,系统地研究了管的高度、壁厚、直径以及泡沫铝的填充对圆管吸能性能的影响;与实验对比,分析了7种泡沫铝填充试件的平均载荷、初始峰值载荷、比吸能(ESA)和压缩力效率(ECF)等吸能评价指标。研究结果表明,泡沫铝填充管在准静态轴向压缩时,管的壁厚与直径对管的吸能性能有显著影响;管的高度对其吸能性能影响较小,但高度的增加可以增加管的总吸能;泡沫铝的填充提高了管的承载力、总吸能、比吸能和压缩力效率。本研究成果可为设计理想的缓冲吸能装置提供一定的技术依据。

泡沫铝填充钢管横向压缩吸能特性试验

为了解填充泡沫铝对钢管吸收能量的影响及其能量吸收特性,通过试验方法研究了单个空钢管与泡沫铝填充钢管的准静态横向压缩性能及吸能特性。研究结果显示:空钢管在横向压缩作用下,其名义应力应变曲线关系与多孔金属材料比较相似。相同壁厚的钢管在横向压缩下,管径越大,其名义屈服应力越小,平台段越长。填充泡沫铝能改变其变形机制,提高钢管在横向压缩下的屈服应力值,较大地提高其能量吸收性能。泡沫铝密度对这种性能的提高影响较小,而钢管的直径对其影响较大。

泡沫铝填充薄壁梁斜向碰撞的仿真研究

采用有限元仿真技术研究了泡沫铝填充薄壁梁不同角度斜向碰撞下的吸能特性.分析了泡沫铝密度、壁厚、长宽比等设计参数对临界角和平均碰撞力的影响,并拟合出平均碰撞力和各设计参数及碰撞角度的解析式.结果表明,泡沫铝填充薄壁梁的临界弯折角小于无填充薄壁梁,并且泡沫铝密度对临界角的影响最大.随着横截面宽度从70mm增大到90mm,无填充薄壁梁弯折临界角从6°增大到9°,而泡沫铝填充薄壁梁弯折临界角度则没有明显改变.壁厚越厚泡沫铝填充薄壁梁的弯折临界角越大,但无填充薄壁梁弯折临界角不变.平均碰撞力和碰撞角度存在指数函数关系,且反比于长宽比平方、正比于壁厚和泡沫铝密度的指数幂.

泡沫铝填充管汽车保险杠的研究

为满足汽车向轻量化、低能耗、安全舒适方向发展的要求,采用新材料制造汽车零件。以泡沫铝应用于汽车保险杠为研究背景,研究了泡沫铝填充管的吸能特性,建立了相应的数学模型。并将泡沫铝汽车保险杠与传统的空心金属管保险杠进行了比较。结果表明泡沫铝填充管汽车保险杠更能满足汽车向质量轻、体积小、环保等方向发展的要求,将具有很大的发展前景。

EPE泡沫填充圆形纸蜂窝异面缓冲性能的试验研究

目的为了研究EPE泡沫填充对圆形纸蜂窝异面缓冲性能的影响,开展相关试验研究。方法对2种排列方式(规则/交错)以及不同填充形式(未填充、全填充、5种部分填充方式)的EPE泡沫填充圆形纸蜂窝结构,进行异面准静态和动态压缩试验,研究其异面变形模式和吸能特性,比较不同排列方式和泡沫填充对其异面缓冲性能的影响。结果静态压缩时,与未填充蜂窝结构相比,EPE填充使交错排列的平均平台应力和单位体积能量吸收分别增长了10.1%和8.9%,规则排列分别增长了7.1%和7.5%。结论 EPE填充使圆形纸蜂窝所承受的最大静应力增大,且交错排列时增长较明显;相同填充率下,填充方式对圆形纸蜂窝异面静态压缩的缓冲性能影响不大。动态压缩时,排列方式和泡沫填充仅对大载荷下圆形纸蜂窝的动态缓冲性能影响明显。EPE填充使圆形纸蜂窝异面缓冲性能得到改善,且交错排列方式优于规则排列。

泡沫铝填充矩形截面薄壁梁压溃力理论表达式

在矩形截面空管薄壁梁压溃理论基础上,考虑压溃过程中泡沫铝填充对压溃距离的影响以及薄壁梁管壁与泡沫铝之间相互作用对压溃力的影响,推导出了泡沫铝填充的矩形截面薄壁梁压溃力表达式。该压溃力理论表达式由修正的薄壁梁空管压溃力、泡沫铝压溃力以及薄壁梁与泡沫铝的相互作用力三部分构成。应用已有的泡沫铝填充低碳钢和铝合金正方形截面薄壁梁实验数据对压溃力理论表达式进行验证,结果表明:理论表达式具有较高的精度。

功能密度梯度泡沫铝填充薄壁锥形结构的吸能性(英文)

为研究功能密度梯度泡沫铝填充薄壁锥形结构在汽车吸能盒上应用的可行性,对锥形泡沫铝、铝合金薄壁结构、泡沫铝填充薄壁结构,进行了单轴准静态压缩试验及数值仿真分析。取得了对功能密度梯度泡沫铝的密度变化梯度和泡沫铝填充薄壁结构的接触面的数值建模的实用性经验。对比试样的变形模式、载荷—位移曲线、吸能量(AE)和比吸能量(SAE)。结果表明,在准静态压缩工况下,截面形状对锥形泡沫铝试样和泡沫铝填充薄壁结构试样的吸能性能影响不大;锥形泡沫铝填充薄壁结构的吸能性能优于对泡沫铝和铝合金薄壁结构的叠加吸能。