近爆荷载下聚氯乙烯泡沫夹芯板的动力学模型研究

为研究近爆荷载下聚氯乙烯(PVC)泡沫夹芯板动态响应,对PVC泡沫夹芯板变形的3个阶段进行分析,推导考虑面板局部化特征的变形挠曲面函数,建立了考虑面板和夹芯的弯矩和膜力效应对变形影响的单自由度刚塑性动力学模型。利用非线性数值计算软件,计算不同面板和夹芯厚度的PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应,分析面板变形和速度变化,验证了动力学模型中各阶段面板和夹芯的受力和运动情况。研究结果表明:建立的挠曲面函数能反映近爆荷载下面板的局部化特征,且在变形过程中面板的局部化程度不断减弱;基于动力学模型计算的面板中点挠度和速度时程曲线与数值计算结果较为吻合且面板中点挠度与实验结果误差较小,该动力学模型可以有效预测PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应。

金属面EPS泡沫夹芯板的对火反应特性和火蔓延特性

利用3种强度汽油火源引燃金属面可发性聚苯乙烯泡沫夹芯板(EPS彩钢板),分别采用ISO9705房屋/墙角试验装置和热电偶束测定了不同处理方式下的板材对火反应特性和火蔓延特性.结果发现,3种强度火源下封边加固板材峰值热释放速率为未封边板材的0.1倍、0.5倍和0.8倍,最高温度范围分别为35～249,℃、61～820,℃和50～527,℃,水平方向0.1～0.3,m距离内最高平均蔓延速率分别为0.09～2,cm/s、1.4～10,cm/s和4.4～10,cm/s,火源功率增大可使达到同一温度的传播速率最高增大100倍,同一时刻水平和垂直方向上不同测点温度呈现一阶指数衰减的分布规律.采用槽铝和白铁皮覆盖夹芯板面板边缘处并均匀使用铆钉加固后,夹芯板整体燃烧性能被有效抑制,对外墙保温板材的应用方式具有积极借鉴意义.

基于耐撞性的碳纤维/聚丙烯泡沫夹芯板结构优化研究

针对汽车轻量化和耐撞性要求,制备了一种碳纤维/聚丙烯泡沫夹芯板复合结构,结合试验与仿真分析,研究该夹芯板的相关力学性能;对上下面板厚度、夹芯泡沫厚度和密度进行多目标优化,获得泡沫厚度和密度的最优方案;将该结构应用于某汽车顶盖,对夹芯泡沫的分布进行变密度拓扑优化,在保证吸能特性的前提下减轻质量;对该车顶部进行压溃仿真的结果表明,优化后夹芯板汽车顶盖的结构刚度和吸能性能明显提高,且质量大幅减轻,满足了汽车耐撞性和轻量化要求。

PVC泡沫夹芯板低速冲击响应数值模拟

针对复合材料夹芯结构受到外来物体的撞击后易产生冲击损伤的特点,结合Hashin失效准则和泡沫压碎模型,在Abaqus/Explicit中建立了闭孔聚氯乙烯泡沫夹芯结构有限元模型。在验证模型正确的基础上,分析了通用接触和面面接触对载荷历程及界面分层面积的影响,并分析了面面接触下,冲击区域处(30mm×30mm)三种网格尺寸(0.5mm,1.0mm及1.5mm)对夹芯结构低速冲击响应的影响。研究结果表明,面面接触更适合模拟夹芯板的低速冲击响应。当冲击能量为4J,网格尺寸为0.5mm时,接触力载荷历程与试验得到的载荷曲线更接近,但是曲线上不能观察到载荷突降点,而1.0mm和1.5mm时载荷历程曲线上都能观察到载荷突降点,并且都出现在0.0005s附近。

爆炸冲击波与破片联合作用下泡沫夹芯板的毁伤特性研究

开展了泡沫铝板在空中爆炸冲击波与高速破片联合作用下的动态响应与毁伤实验,分析了不同爆炸距离对泡沫铝靶板穿孔分布特性、芯层毁伤特点、背板毁伤形态的影响,讨论了背板花瓣形破口的形成机理.研究表明:装药驱动预制破片一种产生爆炸冲击波和破片联合载荷的有效方法;泡沫铝夹芯板在爆炸冲击波与破片群联合作用下产生多种破坏模式,其中泡沫铝夹芯板芯层存在局部穿孔、芯层剪切、芯层与后面板的界面失效等破坏模式,背板蜂窝状孔群和花瓣开裂等不同模式;泡沫夹心板背板中心在破片较为密集的情况下易产生类似于局部接触爆炸作用时的花瓣开裂,宜选用抗拉性能较好的材料.

搅拌摩擦焊制备7075铝合金泡沫夹芯板塑性变形及发泡工艺研究

目的研究搅拌摩擦焊(FSW)制备泡沫铝夹芯板(AFS)预制坯的成形规律和发泡过程中泡孔的演变规律。方法采用搅拌摩擦焊工艺制备7075铝合金泡沫夹芯板。利用金相显微镜和扫描电子显微镜对不同焊接参数条件下AFS预制坯组织形貌进行分析,同时,利用单向拉伸和高温杯突试验对不同温度下AFS预制坯的成形性能进行研究,并且针对AFS预制坯发泡性能及不均匀热变形行为对发泡性能的影响进行分析。结果在焊接转速为2000 r/min、进给速度为50 mm/min情况下,可获得板粉混合均匀、无明显缺陷的接头;在450℃时,搅拌摩擦焊制备的预制体与轧制板材的成形性能相似,真应变达到0.55,伸长率高达73%。450℃下杯突试验样品再结晶比例从60.6%增加至82.7%。在680℃发泡温度下,保温225 s,能够制备孔径结构均匀、高质量的铝合金泡沫夹芯板。结论搅拌摩擦焊工艺制备的预制坯经过塑性变形后进行发泡,可以获得具有均匀孔隙结构的泡沫夹芯板弯曲部件。

泡沫铝夹芯板重复击穿塑性响应及失效破坏

文中基于泡沫铝夹芯板的重复冲击实验,研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响,并分析了其变形累积和能量耗散特性.结果表明:冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式,进而影响夹芯板的失效破坏模式.当α为0.2时,夹芯板主要产生局部凹陷,芯层通过局部压缩耗散能量,正面板首先发生破坏;当α达到0.4时,夹芯板主要产生整体弯曲和拉伸,芯层通过整体压缩耗散能量,背面板首先发生破坏.α越大,碰撞力峰值越大,碰撞时间越短,夹芯板的抗击穿次数越大.冲击能量越大,夹芯板在重复冲击下的能量恢复系数越小.

基于石墨涂层传热技术制备界面冶金结合泡沫铝夹芯板

提出一种通过石墨涂敷处理(GCT)泡沫铝夹芯板(AFS)前驱体来提高其在粉末冶金发泡过程中传热效率的新方法。研究不同传热方法的升温和膨胀特征以及对泡孔结构和抗弯性能的影响。结果表明,前驱体在采用GCT后,升温速度增加近2倍,这提高了AFS的膨胀率、改善了泡孔尺寸均匀性和外部面板形态。此外,在发泡后期阶段具有更加平稳的升温速率,这有助于提高泡孔圆度,并减少泡壁内微孔缺陷。这些改变使AFS的弯曲强度和吸能性能得以显著提高。值得注意的是,因为热传递速率不受板幅尺寸的影响,GCT技术在大尺寸AFS的生产中具有巨大潜力。

泡沫铝夹芯板研究进展

泡沫铝作为特殊的结构和功能材料具有广泛的应用潜力,但因其本身强度较低而受到很大限制,通常将泡沫铝作为芯层,将致密金属板作为面板制成夹芯结构使用,以期实现材料在载荷下的最佳力学性能。泡沫铝夹芯板具有轻质、高比刚度和比强度等特殊性能,在航空航天、军工、建筑、交通等领域拥有广阔的应用前景。泡沫铝夹芯板是由面板和芯层组成的一种特殊复合材料,综合了泡沫铝和面板的优点,目前主要制备方法有胶结连接、表面热喷涂法、焊接连接、热压-粉末冶金发泡法。

空爆载荷下斜纹编织碳纤维复合材料夹芯板动响应数值分析

通过数值仿真方法研究相关参数对斜纹编织碳纤维复合材料夹芯板抗爆性能的影响规律。利用有限元软件ABAQUS建立斜纹编织碳纤维复合材料夹芯板在空中爆炸载荷下的动态响应计算数值模型,并对其动响应特性进行计算分析。计算结果表明,将更多数量的碳纤维铺层配置到迎爆面面板,可以有效提高其抗爆性能。以降低背爆面面板中心点最大变形为目的,在等面密度的前提下碳纤维复合材料夹芯板抗爆性能最好的芯层(按密度高低)排列方式为中-高-低,其次为高-中-低排列方式的,最差的是低-中-高排列方式的。研究成果为碳纤维复合材料夹芯板的抗爆设计提供参考。

泡沫铝夹芯板重复击穿响应及冲头形状影响研究

在船舶与海洋工程领域,重复冲击是较为常见的载荷工况,船体结构在重复冲击载荷作用下会出现变形和损伤累积,导致结构失效甚至破坏。本文开展了泡沫铝夹芯板重复击穿实验,研究了重复击穿过程中夹芯板的失效破坏以及能量耗散特性;同时分析了冲头形状对泡沫铝夹芯板重复击穿动态响应和能量吸收的影响机理。研究表明:上面板出现裂纹之后,夹芯板仍具有较强的剩余承载能力;根据面板、芯层失效破坏特性可以将泡沫夹芯板的击穿过程划分为三个典型阶段,即上面板破裂、芯层压缩和下面板撕裂,三个阶段的动态响应和吸能机理存在较大区别;对于楔形冲头和柱形冲头重复冲击而言,夹芯板的上面板失效主要是剪切破坏,而对于球形冲头则主要是拉伸导致破坏;在球形冲头冲击作用下,泡沫铝夹芯板塑性能耗散最多,其抗击穿次数最大。

泡沫铝夹芯板的低速冲击行为与仿真模拟

采用包套轧制-粉末冶金发泡工艺,制备了具有冶金结合界面的三明治型闭孔泡沫铝夹芯板;通过落锤冲击实验,研究了在不同的冲击能量和面板厚度下泡沫铝夹芯板的冲击损伤过程.结果表明:当冲击能量由60 J增加到120 J时,峰值载荷由5998.55 N增加到6502.86 N,增幅达8.41%,基体损伤区域增大;当冲击能量为90 J时,可通过适当增加上、下面板的厚度来提高泡沫铝夹芯板的抗冲击性能.利用有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板低速冲击过程的数值模型,并通过实验结果验证了数值计算结果的可靠性,为设计新型的轻质、高抗冲击性能泡沫铝夹芯结构提供了理论依据.

泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度影响研究

为了确定泡沫铝夹芯板的厚度与防爆墙侵彻深度的关系,采用理论、实验和数值模拟相结合的方法对破片冲击防爆墙的过程进行了系统研究。首先,采用一级轻气炮和应变测试系统,测得破片冲击防爆墙的侵彻深度并得到破片冲击防爆墙过程中的速度衰减规律,为数值计算中本构模型、材料参数的合理选择提供了依据;其次,通过一维波动理论计算了不同材料的波阻抗,分析并得到了较为合理的材料结构形式,为数值计算的工况设计提供了依据;最后,采用数值模拟方法系统分析了破片侵彻防爆墙的过程,获得了泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度的影响规律。研究结果表明:破片侵彻深度随着初始速度的增大呈先增大后减小再增大的趋势,临界速度分别为800 m/s和1500 m/s;破片侵彻深度的临界速度随着泡沫铝夹芯板厚度的增加出现“滞后”效应;单位面积吸收的能量与破片侵彻深度呈负相关,单位面积吸收的能量越多,破片的侵彻深度越小。该成果对合理设计防爆墙结构以及有效提高其对破片的防护能力具有一定的指导作用。

T6热处理工艺对泡沫铝夹芯板压缩性能的影响

已经制备成型的泡沫铝夹芯板无法通过改变界面结合方式、芯层宏观结构等方法来优化性能,可通过热处理来改变泡沫铝芯层的微观结构,从而改善夹芯板的力学性能。本研究采用L9(34)正交试验探究T6热处理的固溶时间、固溶温度、时效温度、时效时间对泡沫铝夹芯板压缩性能的影响。试验结果表明,固溶温度大于510℃,固溶时间为4 h时会显著改变芯层泡壁的微观结构。最佳的热处理工艺是510℃固溶处理4 h,165℃时效处理8 h,可使夹芯板坍塌强度提高27%,吸能效率提高22%。本研究的结论可供工业化生产借鉴。

冰雹撞击下泡沫铝夹芯板的动态响应

在传统单层泡沫夹芯结构的上、下面板之间插入中面板,通过移动中面板的位置,获得了外形尺寸相同、质量相等的5种构型夹芯结构,其上层芯材与芯材总厚度比分别为0∶30、10∶30、15∶30、20∶30和30∶30。在量纲分析的基础上,应用非线性动力有限元程序LS-DYNA对5种构型夹芯结构进行了冰雹撞击数值分析,研究了中面板位置对夹芯板的能量吸收、能量耗散和动态响应的影响。结果表明:中面板的存在对下层芯材能形成有效的保护;随着中面板位置由上向下移动,夹芯板的抗撞击性能呈现由大到小再增大的态势。数值计算结果对抗冰雹撞击夹芯结构的优化设计具有一定的参考价值。

泡沫铝夹芯板的制备技术

泡沫金属是一类具有低密度以及新奇的物理、力学、电学、声学等特殊性能的新型材料。而泡沫铝的潜在用途之一是作为泡沫铝夹芯板的芯材使用。详细介绍了制备泡沫铝夹芯板的不同方法,如胶粘法、超声焊接法、激光协助发泡法、扩散焊接法、面板与预制材料轧制-包覆法和粉末复合轧制法等。通过比较,在国内粉末复合轧制法工艺简单,是最有希望适合高温作业和大批量生产的方法。

镁的添加对制备泡沫铝夹芯板泡孔稳定性的影响

通过粉末-铝板复合轧制方法制备出一种界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板。分别采用对发泡剂的处理和添加Mg元素的方法来提高芯材泡沫的稳定性。研究发现只有同时对发泡剂处理以及添加Mg元素才能够提高泡沫的稳定性。研究了此种方法中重要的泡沫稳定机制,Mg元素的添加改善了铝硅合金粉末原料生产过程中产生的氧化物颗粒在孔壁上的润湿性,使氧化物颗粒嵌入孔壁中,阻碍了孔壁上金属排液现象的产生,有效的起到稳定泡孔的作用。

泡沫铝夹芯板低速冲击性能研究

对包套轧制及胶粘泡沫铝夹芯板进行了低速冲击试验,分析了两种夹芯板在低速冲击下的力学响应及破坏形式.结果表明,两种结合界面的夹芯板都具有吸能特性,但冶金结合夹芯板抗冲击的缓冲时间明显长于胶粘结合夹芯板.随着加载冲量的增加,冶金结合夹芯板的屈服载荷和平台载荷增加,缓冲时间缩短,抗冲击过程表现出明显的应变率效应.冶金结合夹芯板破坏模式主要为芯层剪切、压实和面板塌陷.

泡沫铝夹芯板制备及其冲击性能研究

采用复合轧制的方法,即将带有发泡剂的混合粉末置于两铝面板之间进行复合轧制使之成为预制发泡体,然后再在炉中发泡的方法,制备界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板,通过摆锤冲击实验,研究界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板与胶接夹芯板的冲击性能的区别。结果表明,胶接界面冲击后发生开裂,冶金结合的界面冲击后并没有发生开裂现象,界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板的抗冲击性要比胶接的好。冶金结合界面夹芯板,孔隙率较大的抗冲击性比孔隙率较小的好。

泡沫铝夹芯板动态抗侵彻性能的实验研究

本文研究了铝板-泡沫铝夹芯板的抗侵彻性能。设计了铝板-泡沫铝夹芯复合材料板,采用SHPB设备,测试了不同子弹冲击速度下纯铝板和泡沫铝夹芯板的动态响应,并研究了其破坏形态。结果表明应力波在纯铝板中的传播与在铝板-泡沫铝夹芯板中的传播有很大差异,由于泡沫铝的粘性效应使应力波在传播过程中有明显的波幅衰减现象。实验结果表明,铝板-泡沫铝夹芯板相对于纯铝板具有不同的破坏形态。由于铝板-泡沫铝夹芯板的特殊结构和性能,使其具有良好的抗侵彻性能。