泡沫铝芯体夹层板压缩力学性能的试验研究

本文对泡沫铝芯体夹层板材的准静态和动态力学性能进行了试验研究。在SHPB设备上测试了不同冲击速度时的动态压缩响应,为了对比,也测试了静态压缩力学性能。结果表明泡沫铝芯体夹层板准静态和动态压缩过程均具有明显的三阶段特征,即弹性区、屈服平台区和致密区。随着应变率的增加,泡沫铝芯体夹层板的动态屈服强度增加,具有明显的应变率效应。

泡沫铝芯三明治板材U型弯曲成形试验研究

研究了泡沫铝芯三明治板材U型弯曲工艺,建立了冲压弯曲试验系统,给出了泡沫铝芯三明治板材弯曲变形模式和载荷位移曲线。综合运用试验、塑性力学理论分析了三明治板材冲压弯曲宏微观协调变形机制,以及泡沫铝三明治板材冲压成形板面-泡沫铝芯间界面剥离、圆角半径处过度减薄、泡沫铝芯剪应力裂纹等主要成形缺陷。探讨了压边力和冲压成形板厚的控制规律。

泡沫铝芯体夹层板的抗侵彻性能试验研究

本文研究了不同冲击速度下泡沫铝芯体夹层板的动态压缩应力-应变响应特性和抗侵彻性能。试验结果表明:泡沫铝夹层板的动态应力应变曲线也具有泡沫材料的应力应变曲线的"三阶段"特征(elastic region,collapse region and densification region)。泡沫铝芯体夹层板与泡沫铝相比,具有更高的屈服极限和更好的缓冲吸能特性。

铝面板泡沫夹芯结构材料脱粘缺陷的超声脉冲多次反射法检测

针对铝面板泡沫夹芯结构材料脱粘缺陷的检测问题,开展了超声脉冲多次反射法检测技术研究。分析了超声脉冲多次反射法的检测原理,制作了人工模拟缺陷试样,进行了自动检测C扫描成像,通过灰度点数量统计方法分析和优化了缺陷识别的结果。研究结果表明,超声脉冲多次反射法能有效检出铝面板泡沫夹芯结构材料中的脱粘缺陷,为材料研制和质量评估提供依据。

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。

双模量面板泡沫铝芯夹层圆板的非线性弯曲

采用弹性理论建立了双模量面板泡沫铝芯圆形夹层板在均布载荷作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了夹层板的中性面位置。在考虑剪切变形影响的基础上,采用能量法研究了双模量面板泡沫铝芯圆形夹层板的轴对称非线性弯曲问题,求得了夹层板中心挠度与均布载荷的关系式,并把该方法计算结果与有限元计算结果进行了比较,验证了该方法是可靠的。算例分析表明,研究双模量面板泡沫铝芯圆形夹层板的非线性弯曲,不宜采用相同弹性模量弹性理论,而应该采用拉压弹性模量不同的弹性理论。

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。

泡沫铝夹芯梁抗爆性能的数值模拟分析

运用有限元软件LS-DYNA分析重量相同的2种材料梁在爆炸荷载作用下的动力响应,其中一种由304#不锈钢面板与泡沫铝芯材复合而成的夹芯梁,另一种由304#不锈钢单一材料制成的实体梁。对比了相同重量2种梁在跨中位移的变化情况,并将泡沫铝夹芯梁的计算结果与文献实验数据作了对比分析。结果显示,在冲量分别为1.83 kNs/m2、3.77 kNs/m2、6.08 kNs/m2及7.0 kNs/m2动荷载作用下,304#不锈钢实体梁的跨中位移分别是304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁跨中位移的1.1倍、1.35倍、1.26倍及1.14倍。由此可知,相同重量304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁较304#不锈钢实体梁具有更好抵抗爆炸荷载作用的能力。

两端固支泡沫铝夹芯梁在冲击荷载作用下的动力响应

提出两端固支泡沫铝夹芯梁在跨中受到冲击荷载作用下动力响应的简化理论计算方法。运用该方法及有限元软件LS-DYNA分别计算了泡沫铝夹芯梁在冲击荷载作用下的动力响应,着重考查了面板材料及芯材厚度对泡沫铝夹芯梁跨中位移的影响情况。并通过试验测量结果对理论计算结果及数值模拟结果进行了验证。研究显示,在不同冲量作用下,泡沫铝夹芯梁跨中位移理论值与实验结果两者符合程度较好,最大误差仅为14%;HRB335级钢面板泡沫铝夹芯梁较304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁在相同冲量作用下具有更小的跨中位移;芯材厚度的增加对提高泡沫铝夹芯梁抵抗冲击荷载的性能也有一定的贡献,夹芯梁芯材厚度由10mm增加至20mm,其跨中位移减小了33%左右。

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。

泡沫铝夹芯双方管结构准静态轴压性能的实验研究

对几种泡沫铝夹芯方管结构的准静态轴压性能进行了实验研究。结果表明,较空管及泡沫铝夹芯单管结构,泡沫铝夹芯双管结构的承载能力及能量吸收效率明显得到增强。双管夹芯结构中外管撕裂模式的结构行程利用率和能量吸收效率高于相应的外管周期折叠模式。而泡沫铝四角填充方式提高了双管夹芯结构相同变形模式下的能量吸收效率和结构变形的稳定性。同时研究了内管管壁及材料强度对泡沫铝夹芯双管结构的影响。随着内管壁厚增大,双管夹芯结构的能量吸收效率提高,而内管材料强度影响不明显。

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。

不锈钢面板与铝面板泡沫铝夹芯梁的抗爆性能

为考查泡沫铝夹芯梁的抗爆性能及面板材料对其抗爆性能的影响，采用数值模拟方法分析了面板材料分别为工业纯铝与304号不锈钢，芯材为Alporas泡沫铝共同组成相同质量泡沫铝夹芯梁在不同爆炸荷载作用下的跨中位移与芯材压缩应变的差异。研究结果显示：在爆炸冲量分别为1．82，3．77，6．08，7．0kN·s的作用下，工业纯铝面板泡沫铝夹芯梁跨中位移分别为304号不锈钢面板泡沫铝夹芯梁跨中位移的68％，83％，84％及86％，较304号不锈钢面板泡沫铝夹芯梁具有更好地抵抗爆炸冲击波的能力，面板材料对泡沫铝夹芯梁的压缩应变影响较小。

泡沫铝夹芯结构的研究现状及发展方向

泡沫铝夹芯件是一种复合结构,由泡沫铝芯及外层的致密金属通过各种连接方式所组成,其形状各异且具有比单纯泡沫铝更加优异的性能。文中综述了国内外泡沫铝夹芯结构的性能特点,其中包括作者的相关部分研究成果,介绍了泡沫铝夹芯结构应用现状,讨论了它的制备方法并对其发展前景进行展望。

面板材料对泡沫铝夹芯梁抗冲击性能的影响

为考查泡沫铝夹芯梁面板材料对其抗冲击性能的影响,运用数值模拟方法计算了相同重量下面板材料分别为304#不锈钢、工业纯铝和HRB335级钢三种泡沫铝夹芯梁在不同冲量作用下的动力响应;分析了面板材料对泡沫铝夹芯梁跨中变形及芯材压缩应变的影响。结果显示,在冲量相同的情况下,面板材料对泡沫铝夹芯梁的抗冲击性能有一定的影响;爆炸荷载冲量越大,芯材的压缩应变越大,而且面板材料对压缩应变的这种影响也相应地增大。在较大的冲量作用下,HRB335级钢面板泡沫铝夹芯梁的跨中位移及芯材压缩应变都是三者中最小的。

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.

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.

泡沫铝夹芯柱体材料在汽车保险杠中的应用

通过把新型的泡沫铝夹芯柱体材料汽车保险杠和传统的钢管材料汽车保险杠在碰撞时的吸能性能进行对比,发现两种材料保险杠碰撞时的吸能性能方面,前者远远优于后者,从而为汽车保险杠材料的改进提供了依据。

横向爆炸载荷下泡沫铝夹芯管的动态响应与多目标优化

基于动力显式有限元法,研究了泡沫铝夹芯管在横向爆炸载荷下的动态响应,以芯层能量吸收及外管刚度为目标,对结构的抗爆性能进行了多目标优化设计。系统研究了泡沫铝夹芯管结构的几何参数、泡沫铝芯层相对密度和爆炸加载条件等对其变形规律和能量吸收性能的影响。结果表明:横向爆炸载荷下,泡沫铝夹芯管的变形区域集中在跨中位置,内外管通过跨中位置塑性变形和变形区域左右两端的弯曲变形吸收能量,泡沫铝芯层主要依靠芯层压缩吸收能量;减小外管壁厚或泡沫铝芯层相对密度能有效提高结构的比吸能,但会影响泡沫铝夹芯管内外管的变形程度;外管几何参数对结构吸能性能和内外管变形的影响程度远大于内管;基于泡沫铝夹芯管的数值模拟结果,构造了响应面模型并对其进行了多目标优化,给出了Pareto前沿图,可根据实际工程应用来确定泡沫铝夹芯管结构中内外管的壁厚与芯层的相对密度。