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。

中低速局部冲击下波纹夹层结构耐撞性研究

波纹夹层结构被广泛应用于航空航天、汽车船舶、装甲防护等重要领域,对其耐撞性进行研究具有十分重要的工程意义。该文对波纹夹层结构中低速撞击动态响应过程进行了有限元数值模拟,具体研究了上、下面板和波纹夹芯对结构耐撞性的影响。通过研究发现,在中低速局部冲击下,波纹夹层结构各部分对耐撞性影响不同。若以极限撞深作为评价指标,在增加同样重量情况下,夹芯壁厚对耐撞性能影响最大,上面板次之,下面板影响最小。研究内容有望为波纹夹层结构在工程应用中的耐撞性优化设计提供依据和参考。

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。

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.

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。

波纹倾角对填充式波纹夹层结构超高速撞击防护性能影响

基于SPH方法模拟了空间碎片撞击波纹倾角分别为30°、45°、56°和60°的填充式波纹夹层结构的过程,对防护特性进行对比分析,研究了波纹倾角对防护性能的影响。结果表明,撞击形成的碎片云膨胀程度随倾角增大而变大,倾角为56°时的结构对空间碎片破坏最大;4种结构所转化的不可逆功相差很小,倾角对结构不可逆功转换的影响较小;不同倾角的航天器舱壁损伤不同,倾角为56°时航天器舱壁损伤程度最小。

新型变截面波纹夹层结构抗爆炸冲击性能

为了提升夹层结构的抗爆炸冲击性能,创新构型了一种变截面波纹夹层结构,该新型夹层结构上面板为平板,下面板呈V形变化。利用理论分析与数值模拟方法研究了下面板夹角和波纹夹芯放置方式对该夹层结构抗爆炸冲击能力的影响。经研究发现,与传统波纹夹层结构相比,该新型变截面波纹夹层结构具有更优越的抗爆炸冲击性能,并且其各项性能会随V型角的减小而不断提升,将波纹夹芯纵向放置时有利于减小夹层结构的整体变形,横向放置则会具有更好的吸能缓冲特性。本文研究内容有望为进一步提升波纹夹层结构抗爆炸冲击性能提供依据和参考。

复合材料双向波纹夹层结构力学性能

为改进传统单向波纹夹层结构横向力学性能较差的缺点,设计了一种新型复合材料双向波纹夹层结构。考虑复合材料双向夹层结构制备困难,研究了整套真空辅助成型工艺(VARI)工艺制备方案,实现双向波纹夹层结构的高效制备,以满足工程应用的需要。对制备出的复合材料双向波纹夹层结构与单向波纹夹层结构分别进行面外压缩、弯曲和剪切实验,分析了双向波纹夹层结构在不同载荷下的破坏模式及其失效机制,计算了该结构在不同荷载条件下的强度和模量,并将其与单向波纹夹层结构进行对比分析。结果表明,在压缩荷载作用下,玻璃纤维/环氧树脂芯子为主要承载部分,结构的失效主要体现在芯子的屈曲、断裂和分层;在弯曲荷载的作用下,由于纤维的抗压强度远小于抗拉强度,所以压头下方的上面板最先达到破坏荷载,结构的弯曲失效形式主要为上面板的断裂和脱粘;结构的剪切失效主要以泡沫与面板的脱粘和压溃为主,芯子和面板未见明显的破坏现象;与单向波纹夹层结构相比,双向波纹夹层结构力学性能显著提升。

梯度波纹夹层防护结构超高速碰撞特性仿真研究

文章基于空间碎片被动防护需求,提出了一种梯度波纹夹层防护结构,并对其超高速碰撞过程及形成碎片云的特性进行了仿真分析。仿真结果表明,相比于Whipple结构,在梯度波纹夹层结构中冲击波的卸载方式更复杂,更有利于空间碎片的破碎;碰撞速度在5~20 km/s时,碎片云的膨胀半角先增大后减小;夹层结构中前置波纹板对撞击动能中不可逆功的吸收量和吸收占比最大。研究结果对空间碎片被动防护结构的设计具有一定的参考价值。

盒型芯层波纹板的抗爆炸冲击防护性能

针对波纹板受爆炸载荷冲击的变形吸能问题,对梯形波纹结构进行顶部开口和折叠改进,提出一种盒型结构作为波纹板芯层,以提高其在爆炸冲击载荷下的吸能特性。通过对盒型芯层的单个胞元进行准静态压缩试验,与kirigami改进梯形波纹结构对比,比较吸能值、质量比吸能、初始压垮峰值力、平均压垮力、压垮力效率等主要吸能指标。应用有限元软件建立数值模拟模型,利用试验数据对数值模拟模型进行校正,将不同长宽比的盒型结构和kirigami改进梯形波纹结构阵列排布作为波纹板芯层,对比不同芯层波纹板在相同爆炸载荷作用下的抗爆性能,分析吸能值与背板变形量等特征,并结合变形过程应力云图分析波纹板在爆炸载荷作用下的响应。研究结果表明,所提出的盒型芯层具有质量比吸能值高,变形模式均匀稳定,有效吸能行程长等优良的吸能特性,以其为芯层的波纹板在爆炸冲击载荷作用下,能有效降低背板变形,在爆炸冲击防护领域具有潜在的应用前景。

GFRP桥梁上部结构的设计、施工与试验

位于韩国江原道宁越郡的一座桥梁于2002年5月22日建成通车。该桥上部结构是GFRP(玻璃纤维增强聚合物)波纹心板夹层结构。鉴于该桥的独特之处,论述了其设计方法和施工工艺。基于现场荷载试验和有限元分析,论证了结构的有效性。此外,讨论了货车活载对FRP(纤维增强聚合物)夹层结构的动力效应和构件之间的连接细节。最后介绍了项目所需的时间、劳动力和投资,阐述了具有FRP上部结构的桥梁将在经济方面具有竞争力的原因。

复合材料波纹夹层圆柱壳设计及轴压性能

结构轻量化是航空航天发展的永恒主题,波纹夹层圆柱壳作为常见的轻质结构形式,在航空航天领域具有很大的发展空间。采用模具热压法,制备出纵向和环向碳纤维复合材料波纹夹层圆柱壳,其中芯子整体成型,面板分瓣制备。采用经典板壳屈曲理论,分析纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴压力学性能,得到了欧拉屈曲、整体屈曲、局部屈曲和面板压溃4种失效模式下的极限载荷理论公式。绘制出结构的失效机制图,直观显示出了失效模式与试件尺寸之间的关系。通过对纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴向压缩试验,获得了结构的载荷-位移曲线及局部屈曲和面板压溃2种失效模式。结果表明:纵向波纹夹层圆柱壳的轴向承载能力及载荷/质量效率优于环向波纹夹层圆柱壳,在一定范围内增加圆柱壳面板的厚度、减小圆柱壳的高度可提高结构的载荷/质量效率。