CFRP−泡沫铝夹芯结构控制臂优化设计

为满足控制臂的轻量化设计需求,提出了一种采用碳纤维复合材料(CFRP)−泡沫铝夹芯结构的汽车悬架控制臂,并对CFRP面板进行结构优化设计.通过泡沫铝准静态压缩试验验证了泡沫铝六面体胞孔模型的准确性,利用CFRP力学性能试验获得了碳纤维复合材料的性能参数,设计一种由CFRP−泡沫铝夹芯结构本体和铝合金连接件组成的悬架控制臂,控制臂本体与连接件之间采用胶−螺混合连接.在此基础上,建立CFRP−泡沫铝夹芯结构控制臂有限元模型,利用多层次优化方法对CFRP面板进行铺层优化.结果表明,相较于钢制控制臂,优化后夹芯结构控制臂的质量减少了26%,同时强度、刚度和模态性能都有所改善.

泡沫铝夹芯结构油罐车罐体研究

为提高油罐车的节能性、环保性和安全性,以某油罐车罐体为设计原型,以轻量化为前提,以满足刚度和强度为约束条件,设计泡沫夹芯结构油罐车罐体.然后,利用ANSYS软件对两种结构油罐车罐体的静态性能、动态特性及保温隔热性进行仿真分析.结果表明,泡沫夹芯结构油罐车罐体不仅可实现油罐车轻量化达到节能减排的目的,而且可显著提高油罐车的安全性.

泡沫铝夹芯结构高速移动工作台研究

为满足高速、超高速加工对机床移动工作台轻质高动态性能的要求,设计了以铸铁为面板、泡沫铝为芯体材料的夹芯结构移动工作台,并利用有限元分析软件研究了该工作台的静、动态特性。研究结果表明与传统铸铁材料工作台相比,泡沫铝夹芯结构移动工作台具有质量轻、固有频率高、谐振响应幅值低等特点,从而证明了泡沫铝夹芯结构工作台在高速、超高速加工中应用的可行性和优越性。

泡沫铝夹芯结构装甲车底板设计与性能分析

为提高装甲车越野机动性、安全防护和乘坐舒适性,取某U型截面装甲车底板为原型,设计泡沫铝夹芯底板,简化理想空气中地雷爆炸冲击波曲线,得到用于装甲车底板爆炸冲击仿真等效压力波数学模型,用多目标优化设计优化泡沫铝夹芯底板,用ANSYS有限元仿真软件,对原型结构和优化后泡沫铝夹芯底板在地雷爆炸载荷作用下的变形、应变、应力、吸能性及地雷爆炸产生的噪声车内声场强度仿真,进行对比分析。结果表明:相较于原型底板,泡沫铝夹芯底板的最大变形、应变、应力、声场强度、质量均有不同程度降低,吸能总量显著提高。证明泡沫铝夹芯底板对增强装甲车越野机动性、安全防护性和乘坐舒适性有效。

泡沫铝夹芯结构在油气爆炸荷载作用下的抗爆性能试验研究

为研究泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减性能及影响其性能的因素,设计一种试验测试系统。在模拟坑道内,点燃混合均匀的油气混合物获取爆炸荷载,并通过调节油气浓度比例来控制爆炸荷载大小,对油气爆炸荷载作用下泡沫铝夹芯结构的防护性能进行定量分析。结果表明,当泡沫铝芯层厚度≥10 mm时,泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减效果优于实体金属结构;泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减效果随芯层厚度的增加而提升,但衰减效率呈逐渐减小趋势,试验得出的芯层最优厚度下限为16 mm。

泡沫铝夹芯结构油罐车罐体优化设计

为了提高油罐车的节能性、环保性和安全性,以某油罐车罐体为设计原型,首先初步设计了泡沫夹芯结构油罐车罐体。然后在ANSYS中使用MOGA方法对影响罐体强度的主要参数进行目标驱动优化分析,得到各参数的敏感度曲线和相应面及候选优化设计点之后对优化后的泡沫铝夹芯结构油罐车罐体和原型结构的罐体进行分析比较。结果表明,优化设计的泡沫夹芯结构油罐车罐体相比原型罐体在质量减少的情况下可提高罐体的应力和应变,进而可提高罐体乃至整车的轻质、节能性、环保性和安全性。

多层泡沫铝夹芯结构准静态压缩力学性能和吸能特性

采用闭孔泡沫铝和铝合金板制备单层夹芯板和6种多层夹芯结构。通过分析胞孔变形模式和宏观变形模式,研究了夹层板和芯层数量对结构准静态压缩力学性能和吸能特性的影响机制。结果表明:夹层板通过调节芯层间应力状态使芯层逐层坍塌,减少了由倾斜变形带形成和延伸所导致的多芯层同步变形、横向滑动以及两侧滑移,使结构具有更高的坍塌应力、平台应力、单位体积吸能量以及更小的致密应变;芯层数量的增加导致无夹层板结构中变形带的长度和数量增加,从而改变了其宏观变形模式,致使结构两侧滑移现象加剧,同时积累了有夹层板结构中多个芯层中的胞孔缺陷,因而影响了逐层稳定变形,导致致密应变增大,坍塌应力、平台应力和单位体积吸能量减小,致密应变处的吸能效率降低。与其他结构相比,三层泡沫铝夹层板具有最佳的抗压强度和吸能性能。

冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

为提高舰船在冲击波和破片群联合作用下抗毁伤能力,提出一种新型高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构,旨在采用TNT炸药和预制破片的方式开展其在联合作用下毁伤响应的数值研究。基于有限元软件LS-DYNA,模拟结构在冲击波和破片群联合作用下的动态响应过程,与典型工况的实验结果对比验证数值模型的可靠性。在此基础上,分析特征点的速度与加速度响应以及能量吸收特性,获得结构的毁伤响应特征,进一步探讨面板厚度配置对结构失效模式和塑性变形的影响。结果表明:夹芯复合结构加速度时程曲线中破片和上面板中心点加速度均存在两个明显的峰值,分别是由于破片撞击强度较大的上面板和高强聚乙烯芯层所引起;上面板和泡沫铝在复合结构整体塑性耗散功中占主导;等质量条件下,上下面板等厚的配置在上面板对于破片的速度衰减能力减弱不大情况下,下面板具有足够强的抗弯能力,使得下面板塑性变形最小,具有最优的抗联合毁伤性能。

泡沫铝夹芯板水下抗爆性能的实验和数值模拟

采用PVDF压力传感器收集应力波数据的方法,对不同密度的泡沫铝夹芯板结构进行实爆实验,考察在有限水域爆炸下泡沫铝夹芯结构的抗爆炸冲击波衰减能力,并使用ANSYS/LS-DYNA软件对爆炸冲击波的传递过程进行数值模拟分析.研究结果表明,在相同爆炸加载条件下,四种密度泡沫铝夹芯板的抗爆炸冲击波衰减率均高于90%,低密度泡沫铝夹芯板的抗爆炸冲击波衰减能力高于高密度泡沫铝夹芯板,密度为0.26 g/cm^(3)泡沫铝夹芯板的抗爆炸冲击波衰减率比密度为0.57 g/cm^(3)试样提高了7.83%.应力波在低密度的泡沫铝夹芯板中传播比在高密度试样中慢,实爆实验中两组高密度泡沫铝板相比两组低密度泡沫铝板传播平均快40.5μs.本文研究成果可为泡沫铝夹芯板结构作为防爆材料提供理论基础.

泡沫铝夹芯双圆管结构的准静态轴向压缩性能研究

对泡沫铝夹芯双圆管结构的准静态轴压性能进行了实验研究,发现该新型结构的比质量吸能效率远远高于传统的泡沫铝夹芯单管,并接近甚至超过相应的空管结构;其内外管变形模式均与空管不同且受内外管组合的影响。本文讨论了它的变形机理,分析了外管壁厚对其压缩行为的影响,发现增大外管壁厚有利于增大结构的行程利用率,提高结构的比质量能量吸收效率。实验研究还发现,管壁与泡沫铝夹芯间粘合的效果并不明显。

集装箱用夹芯板抗爆性能仿真研究

针对集装箱在运输过程中可能遇到的近场爆炸问题,设计了一种具有集装箱外观的新型抗爆结构,建立了由瓦楞钢板加“三明治”夹芯结构的抗爆结构模型,其瓦楞钢板采用国标集装箱面板,“三明治”夹芯结构由上面板、填充泡沫铝的等边三角形波纹钢板芯体和下面板组成。对内部波纹钢板夹角分别为30°、45°和60°等3种抗爆结构在5种爆炸载荷作用下的抗爆性能进行了仿真计算,分别获得了3种结构的动态响应过程、能量吸收值和底面中心点最大挠度,提出了针对不同材料形状组合的无量纲冲量计算评估方法。实验结果表明:在不同爆炸载荷下,底角为30°的钢板-泡沫铝夹芯结构的能量吸收值最大;底角为45°的钢板-泡沫铝夹芯结构在不同爆炸载荷下具有最小的无量纲挠度,其抗爆性能最佳。