低密度填充蜂窝结构复合材料铣削损伤试验研究

为了研究低密度填充蜂窝结构复合材料加工特性,总结铣削典型形貌特征,提出合理的损伤评价方法并确定优选刀具。通过损伤机理分析,结合低密度填充蜂窝结构复合材料铣削试验,分析加工形貌及其对加工质量影响特性,以蜂窝壁宽度W s作为指标对不同刀具铣削加工质量进行评价。结果表明,低密度填充蜂窝结构复合材料铣削加工表面损伤特征包括蜂窝壁变宽、填充材料凹坑、蜂窝壁分层以及蜂窝壁毛刺;蜂窝壁变宽是加工表面普遍存在损伤现象,且双层蜂窝壁变宽程度尤为剧烈,对表面质量有重要影响。以蜂窝壁宽度W s作为损伤评价特征能准确反映加工表面质量,其中PCD铣刀加工表面的蜂窝壁宽度增幅最小,为6.7%,加工表面整洁;玉米铣刀和涂层四刃铣刀加工表面质量较好,纤维残余较少,毛刺和撕裂较小;金刚石磨头加工表面质量差,表面粗糙,容易形成堆积切屑,蜂窝壁宽度增幅最大,为25.6%。因此,PCD铣刀为低密度填充蜂窝结构复合材料最佳刀具。

不同冲击工况下蜂窝填充薄壁结构的耐撞性能

提出了一种方形蜂窝填充薄壁复合结构,并采用实验研究与数值分析的方法研究了12种冲击工况下蜂窝填充薄壁结构与相应的非填充(薄壁空管)结构的耐撞性能.同时,结合Kriging近似技术与小种群遗传算法对蜂窝填充薄壁结构开展数值优化设计.结果表明,在各种冲击工况下,蜂窝填充薄壁结构吸收的能量都高于薄壁空管结构,且冲击的角度和速度对蜂窝填充薄壁结构吸能性能影响显著.在相同的冲击速度下,蜂窝填充薄壁结构吸收的能量随着冲击角度的增大而降低;在相同的冲击角度下,蜂窝填充薄壁结构吸收的能量随着冲击速度的增大而提高.对Kriging近似技术与小种群遗传算法优化所得蜂窝填充薄壁结构进行最优参数匹配,能够改善蜂窝填充薄壁结构的吸能性能.

蜂窝填充梯度吸能结构力学特性试验研究

为实现碰撞变形顺序有序可控,功能梯度思想在吸能结构设计逐渐得到应用。为减小某动车组吸能结构在冲击过程中变形顺序的不确定性,采用蜂窝结构尺寸、诱导结构和强化加强筋板的梯度化设计思想,提出一种蜂窝填充梯度吸能结构,通过准静态压缩试验、刚性墙撞击和吸能结构偏置对撞的台车冲击试验研究其耐撞性能。研究结果表明:冲击时蜂窝填充梯度结构从前至后产生稳定有序可控的变形,冲击力随压缩行程增加至508.07 mm时上升至最大值821.69 kN,呈现梯度上升的趋势,吸收冲击动能为244.1kJ,满足某动车组耐撞击性能需求。

Lattice树脂蜂窝填充CFRP薄壁方管的吸能特性

提出了一种3D打印Lattice树脂蜂窝填充碳纤维增强复合材料(CFRP)薄壁方管的吸能设计方法,并通过万能材料试验机开展了Lattice树脂蜂窝、CFRP薄壁方管以及Lattice树脂蜂窝填充CFRP薄壁方管在轴向承载状态下的准静态力学行为研究.结果表明,在相同受载情况下,Lattice树脂蜂窝填充CFRP薄壁方管的承载力与吸能量远高于Lattice树脂蜂窝与CFRP薄壁方管之和.

轴向载荷下蜂窝填充薄壁锥管的吸能特性

基于数值仿真和台车冲击实验,研究轴向载荷下隔板、蜂窝填充对薄壁锥管变形模式、吸能性能的影响。考虑填充蜂窝尺寸影响,提出蜂窝分段均匀填充结构和梯度蜂窝填充结构2种改进方案,并分析其吸能特性。研究结果表明:在轴向载荷下,薄壁锥管、加隔板锥管、蜂窝填充带隔板锥管这3种结构的吸能量分别为73.2,133.2和221.0kJ;隔板的增加使薄壁管的吸能量增加82.0%,填充蜂窝和隔板的增加使薄壁管的吸能量增加201.9%;由于蜂窝与薄壁管的相互影响,与原始蜂窝填充吸能结构相比,改进结构C1和C2在轴向冲击下的吸能量分别提高21.1%和24.3%;隔板与蜂窝的共同作用可以提高薄壁锥管的吸能量,同时变形更加稳定、有序可控。

列车防爬器诱导槽结构实验研究

防爬器是轨道列车被动防护装置的一部分,由于铝蜂窝填充型列车防爬器峰载荷较大,不能满足使用要求,根据预变形理论,可在防爬器包覆蒙皮上开设诱导槽,以降低峰值载荷。分析了诱导槽深度及层数对防爬器缓冲特性的影响,结果表明,诱导槽深度及层数对防爬器缓冲载荷影响较小,但诱导槽深度越大、层数越多,载荷越不平稳。因此,为保证防爬器缓冲载荷的平稳性,应在满足峰值载荷要求的情况下,应尽量降低诱导槽深度及层数。

异面撞击载荷下金属蜂窝填充薄壁结构的动态力学性能

为了研究不同胞元拓扑结构蜂窝填充薄壁结构的力学性能差异,建立了4种典型胞元填充结构的数值有限元模型,采用参数分析方法研究了它们在不同胞元壁厚及撞击速度作用下的动态力学行为。研究结果表明:在受到异面撞击载荷作用时,蜂窝与薄壁结构之间存在较强的耦合效应,且交错排布三角形蜂窝与薄壁结构之间的耦合效应最强;在耦合效应与撞击载荷的综合作用下,交错排布三角形蜂窝填充薄壁结构的动态力学性能较其他3种结构更为优异;随着胞元壁厚、撞击速度的增加,蜂窝填充薄壁结构的承载能力、吸能能力和稳定性都有一定程度的提高。