中空波纹夹层钢管混凝土柱抗震性能拟静力试验研究

为了研究中空波纹夹层钢管混凝土柱的抗震性能,以轴压比、空心率、长细比和截面形式为试验参数,开展了中空波纹夹层钢管混凝土柱的拟静力试验,分析了试件的破坏模式、承载能力、延性与耗能能力、刚度退化和强度退化等性能指标.结果表明:中空波纹夹层钢管混凝土柱的水平承载力较高,滞回曲线饱满,无明显捏缩现象,延性和耗能能力良好,同级循环荷载作用下性能稳定;试件的破坏模式为延性破坏,具体表现为柱底钢管鼓曲变形、混凝土压溃、局部缺陷处管壁撕裂;空心率较小的试件承载力较高,耗能能力较强;当长细比由20增至30时,试件位移延性系数降低了47.49%,承载力也明显下降;随着轴压比的增大,试件耗能能力逐渐降低.

开圆孔波纹夹层板单向拉伸状态的应力极值优化求解

[目的]旨在研究开圆孔无限波纹夹层板单向拉伸状态的应力分布,寻求最不利开孔位置。[方法]采用ANSYS软件子模型方法计算不同开孔位置的应力分布,并用ANSYS软件提供的零阶优化设计方法寻求最大应力集中系数时的开孔位置。[结果]开孔附近的应力分布与网格划分密切相关,最大应力总是出现在芯层板上。开圆孔无限波纹夹层板单向拉伸状态的应力集中系数普遍大于3,最大可达4.104。[结论]先整体模型再子模型的应力极值优化分析过程既可以节省计算时间,又可得到较高计算精度,提高优化效率。

波纹夹层结构增强的新型罐式集装箱及其设计方法

罐式集装箱因安全性高、承载量大、性价比高、运输灵活以及可以实现多种运输方式快速切换等特点,成为液体货物点对点运输的主要装备。近年来,大容量、高承载能力成为罐式集装箱发展的主流方向。提出了一种波纹夹层结构增强的新型矩形罐式集装箱,并建立了新型罐式集装箱罐体结构的理论设计方法。应用该方法设计了承载能力为1 MPa的新型罐式集装箱罐体,并将设计结果与有限元仿真计算结果进行对比。研究结果表明,相较于传统罐式集装箱,新型罐式集装箱的容量效率提升了17.2%;理论设计方法计算的应力分布特征与有限元计算结果一致,最大误差为6.21%,该理论设计方法可以满足工程需要。理论设计方法可以对任意正交各向异性夹层结构增强的新型罐式集装箱罐体进行设计,具有较高的可移植性。

多级金属波纹夹层结构的抗强动冲击特性

为了研究采用多级夹层设计的金属多级波纹芯体夹层梁在泡沫子弹冲击下的动态力学行为,在验证数值方法可靠性的基础上,通过Abaqus-Explicit仿真分析了不同子弹动量水平下金属多级波纹芯体夹层梁的动态变形过程、定量挠度结果、变形破坏模式和能量吸收特性。进一步地,设计了3种不同几何参数的单层波纹夹层结构,比较了单层和多级波纹夹层结构在等质量条件下的抗冲击性能差异。结果表明,多级波纹夹层梁冲击侧夹层面板的二级波纹芯体和一级波纹芯体的压溃程度始终大于背侧夹层面板二级波纹芯体的压溃程度。多级波纹夹层梁背侧面板的最终跨中挠度始终小于等质量单级波纹夹层梁的相应挠度,体现出多级夹层梁的抗冲击防护性能优势。这种增强机理主要在于增加的多孔芯体压缩吸能保护了背侧面板,另外,多级夹层梁的塑性轴向拉伸强度几乎保持不变,而塑性弯曲强度因梁结构总厚度增加而增大,从而扩大了夹层结构的塑性屈服面。

曲面波纹夹层板研究现状

曲面波纹夹层板已成为新的科研发展方向。介绍曲面波纹夹层板的功能特性和应用领域,以及国内外对曲面波纹夹层板的研究近况,分析不足之处,并探讨今后的发展方向。

波纹夹层板冲击响应理论计算方法研究

以波纹夹层板为研究对象,对其在空爆冲击载荷作用下的结构响应进行分析,建立相关塑性变形理论预报方法。以两种典型波纹夹层板结构为分析对象,采用理论及仿真方法计算了冲击载荷下结构的最大塑性变形,两者计算结果具有较好的一致性,验证了该理论分析方法的可靠性。在此基础上,选取波纹夹层板典型剖面,分析理论计算方法与数值仿真分析方法所得变形模式的异同,进一步验证完善解析计算方法。该研究成果可以为波纹夹层板的参数化设计和抗冲击性能分析评估提供参考。

空中爆炸载荷下梯度波纹夹层板抗爆性能仿真研究

通过有限元软件Autodyn模拟了梯度波纹夹层板在空中爆炸载荷下的动态响应,分析了芯层排列顺序对其响应模式和抗爆性能的影响;在此基础上,选择抗爆性能最优的芯层组合填充聚氯乙烯泡沫,研究了填充方式对其抗爆性能的影响;分析了夹层结构的吸能特性。结果表明:芯层壁板厚度从迎爆面到背爆面逐渐减小的组合具有最优的抗爆性能,且只在第一层填充泡沫的梯度波纹夹层板的下面板变形最小;从迎爆面到背爆面单层填充时,聚氯乙烯泡沫的吸能不断下降;随着填充层数增加,下面板变形以及聚氯乙烯泡沫和下面板的吸能逐渐增大。

轻质波纹夹层结构的制备及其多功能应用研究进展

波纹夹层结构较其他轻质多孔材料具有结构简单、加工制造方便、制造成本低等优点,已得到广泛应用.本文概述了不同轻质波纹结构的构型及其表征方式,阐述了波纹夹层结构的制备及其无损检测技术,重点评述了波纹夹层结构的轻质高强、抗爆炸冲击、高效散热、吸声降噪、促动等多功能应用特性,总结了波纹夹层结构在工程应用上的关键进展,展望了波纹夹层结构在基础和应用研究方面的发展趋势.

填充式波纹夹层结构超高速撞击特性仿真

基于航天器空间碎片被动防护需求,对一种新型填充式波纹夹层结构进行超高速撞击仿真研究,分析超高速撞击过程以及结构的穿孔破坏情况和所形成的碎片云的特性,并与相同面密度Whipple结构进行对比。其撞击现象与Whipple结构相似,但其碎片云的头部速度小于Whipple结构,而径向膨胀最大速度和膨胀半角均大于Whipple结构。随撞击初速从3 km/s^10 km/s不断增大,波纹夹层结构的撞击穿孔尺寸变大,形状也更不规则。此外,结构中的填充树脂对碎片撞击能量的吸收贡献最大,后面板所吸收的能量所占比重较大,而前面板和波纹板对碎片撞击能量的吸收贡献较小。研究结果对空间碎片防护结构的设计具有一定的参考意义。

铝合金波纹夹层板在低速冲击下的耐撞性研究

基于数值模拟仿真方法,讨论了撞击速度、波纹核形状与界面连接情况对铝合金波纹夹层板的耐撞性的影响.计算结果表明,在撞击速度较低时波纹夹层板有很好的缓冲效果,撞击速度小于5m/s时撞击力峰值不会有太大波动;波纹核形状为三角形的波纹夹层板的吸能保护效果优于波纹核形状为梯形与弧形的夹层板;撞击速度小于4.3m/s时,夹芯层与上层面板未连接时的撞击力峰值要小于连接时的情况但会出现较大的变形,而撞击速度大于4.3m/s时夹芯层与上层面板未连接时的撞击力大于连接时的情况,且撞击速度越大两者差距越大.

波纹夹层板自由振动的移动最小二乘无网格法

提出了一种求解波纹夹层板结构自由振动问题的移动最小二乘无网格方法。将波纹夹层板视为由三个部件板组成的复合结构。先基于一阶剪切变形理论,由移动最小二乘近似建立各部件板的动力方程,再通过位移协调条件将这些动力方程叠加,以得到整体动力方程。采用全换法处理本征边界条件,并通过算例与有限元软件ANSYS的分析结果进行了对比,结果表明:文中所提出的无网格方法计算波纹夹层板结构自振频率具有较高的精度和效率。

波纹夹层结构耐撞性影响因素分析

波纹夹层结构广泛应用于防撞设计中,对不同焊接及填充形式下波纹夹层结构的耐撞性能的研究,可为实际工程中焊接及填充形式的选取提供依据.基于有限元仿真方法,讨论了不同焊接形式及PVC泡沫填充形式的波纹夹层结构在冲击荷载作用下的耐撞性能.结果表明,在夹层结构极限冲击能量范围内,夹芯层与面板未焊接条件下的耐撞性能较优,但夹芯层与面板焊接条件下夹层结构所能吸收的冲击能量远高于未焊接条件;全部填充的波纹夹层结构吸能最多撞深最小,但碰撞力峰值过大,不利于夹层结构的保护作用;迎撞面填充的波纹夹层结构吸能效果优于背撞面填充.

四点弯曲载荷下金属波纹夹层梁极限承载能力试验与数值分析

针对激光焊接金属波纹夹层梁模型,进行四点弯曲试验,获得夹层梁结构的破坏模式。采用有限元软件ANSYS,分析四点弯曲载荷下该结构的极限承载能力,结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好。进一步分析波纹夹层梁上面板厚度、下面板厚度、芯层板厚度及芯层高度对其极限承载能力的影响。数值结果表明:在增加同等质量以提高波纹夹层梁的结构极限承载能力时,增加芯层高度和上面板厚度是较为有效的方式,相比之下,增加芯层厚度或下面板厚度对提高极限承载能力的效率要低一些。

空爆载荷下双层梯形波纹夹层板抗爆性能分析

轻质金属夹层结构具有高比刚度和优良的能量吸收能力,其在舰船结构上有着潜在的应用前景。运用有限元软件Autodyn研究了空中近场爆炸载荷作用下固支双层梯形波纹夹层板的抗爆性能,分析了爆距和结构几何参数对变形/失效模式的影响。数值结果表明,双层梯形波纹夹层板面板的变形模式以局部大变形为主,部分有撕裂,芯层中心区域以塑性失稳为主,边界区域未出现失稳现象。随着爆距的增加,背面板塑性变形逐渐减小。若以下面板中心点的塑性变形值作为衡量抗爆性能的标准,则夹层板增加单位重量时影响其抗爆性能的结构几何参数的主次顺序为:上面板厚度、下面板厚度和芯层壁板厚度。

等效刚度法计算波纹夹层板弯曲变形与应力

[目的]为探索波纹夹层板弯曲问题的计算方法,求解波纹夹层板的弯曲变形与应力,提出一种等效刚度法。[方法]将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性体,应用卡氏定理求解芯层的等效弹性模量,最后应用层合板理论计算夹层板的整体刚度。依据夹层板的整体刚度,求解正交异性板的弯曲平衡方程,计算出夹层板的弯曲变形分布;通过求出的变形,应用虎克定律,即可推导夹层板的弯曲应力分布。[结果]通过算例验证,与文献[7]的方法相比,本文方法计算的刚度误差为-6.98%;与有限元法相比,本文方法计算的夹层板变形最大误差为-2.01%,应力最大误差为3.63%。[结论]这种分层累加计算整体刚度的方法,不仅可避免完全直接采用文献[7]的方法计算刚度时的复杂繁琐推导,而且用于弯曲计算还可获得较好的精度。

复合材料波纹夹层结构低速冲击后的剩余弯曲承载能力

制备上下面板为碳纤维增强树脂基层合板、芯层为铝合金压制波纹的杂交复合结构,对其开展低速冲击性能试验及冲击后的剩余弯曲承载能力试验。结果表明,低速冲击对复合材料波纹夹层结构造成的损伤会对其剩余弯曲承载能力有较大的影响,但随着冲击能量的增大,剩余承载能力却变化极小,而冲击位置对结构的剩余承载能力影响却非常明显。

V型波纹夹层板弯曲问题的高阶剪切变形理论计算方法

为了求解V型波纹夹层板的弯曲变形与应力,本文应用能量等效法求解芯层的等效弹性模量,将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性板,夹层板整体则等效成层合板。依据高阶剪切变形理论和最小势能原理,推导波纹夹层板的弯曲微分方程,并采用双傅立叶级数法求解该方程。通过薄夹层板算例验证,在夹层板的变形计算结果中,本文方法与有限元法吻合良好;在夹层板的应力计算结果中,有限元法计算的弯曲应力沿波纹方向分布表现出振荡现象,本文方法的应力分布是其振荡峰值的光滑插值曲线。集中载荷作用下的厚夹层板算例表明,在平行于矩形板边缘的横剖面上,本文方法计算的位移最大值和应力最大值普遍大于有限元法结果。

不同波纹板核的波纹夹层板抗弯刚度比较

采用无网格伽辽金法对两种不同波纹板核的波纹夹层板抗弯刚度进行比较。基于Mindlin平板理论,采用移动最小二乘近似构造各板近似位移,通过位移协调条件将各板刚度方程叠加,以得到复合结构的整体刚度方程,位移边界采用完全变换法处理。算例结果表明:在同等条件下,梯形式波纹夹层板的抗弯刚度要高于正弦式波纹夹层板。

波纹夹层板固有频率的一阶Zig-Zag理论计算方法

在波纹夹层板微振动时,认为面板不仅承受弯曲作用,还承受剪切作用;心层承受剪切作用,同时仅承受波纹母线方向的弯曲作用。在夹层板的上下面板和心层分别应用一阶Zig-Zag理论,根据波纹心层的具体形状,列出夹层板的几何方程。通过Hamilton原理,建立夹层板的微振动微分方程。根据边界条件,用双傅里叶级数的方法求解方程,确定特征值,求得夹层板的振动频率。经过算例验证,该方法计算的前8阶固有频率与有限元法或其他文献结果相吻合。

压缩载荷下金属波纹夹层梁稳定性试验与数值分析

针对一个激光焊接金属波纹夹层梁模型,设计轴向压缩载荷下稳定性试验方案,通过试验获得夹层梁结构失稳临界载荷(极限载荷)及破坏模式。采用有限元软件ANSYS计算、探讨轴向压缩载荷下夹层梁结构的稳定性,数值计算结果与试验结果吻合较好。最后,对夹层梁结构在轴向压缩载荷下的临界失稳承载能力进行参数化分析。计算结果表明:在增加相同重量的前提下,增加下面板的厚度或芯层的厚度更有利于提高夹层梁结构的轴向临界失稳承载能力。