Weaire-Phelan缓冲结构跌落冲击有限元分析

缓冲包装的结构对其缓冲性能具有重要影响。本文设计了两种胞元密度的Weaire-Phelan缓冲结构,其试样体积基本相同、用料体积一致。应用有限元方法对这两种试样受冲击后的压缩变形过程进行了分析,研究了在不同跌落高度、跌落质量下Weaire-Phelan缓冲结构的冲击承载能力和能量吸收特性。结果表明,Weaire-Phelan缓冲结构受冲击后的压缩变形过程与常见的多胞结构类似。首先顶部胞体发生叠缩,然后叠缩逐渐向下传递,最后是一个由下及上和由上及下双向同时渐进叠缩的压溃过程,与蜂窝结构从顶部到底部逐渐依次折叠的压溃方式有所不同。Weaire-Phelan缓冲结构受跌落冲击时的峰值应力、平台应力随跌落高度的增加而增大,而跌落质量对峰值应力、平台应力几乎没有影响;当胞元密度增大,Weaire-Phelan缓冲结构受跌落冲击时的平台应力略有提高,但吸能性能略有降低。本研究可为Weaire-Phelan结构的缓冲包装优化设计提供参考依据。

陶瓷-金属多层涂层不同温度循环冲击损伤特征与演化规律

目的探讨环境温度对陶瓷-金属多层涂层冲击损伤的影响,获得不同温度条件下涂层的冲击损伤特征,揭示陶瓷-金属涂层在温度与循环冲击共同作用下的失效机理,为多层涂层的设计和使用提供参考。方法首先使用可调温度的速度控制型单颗粒循环冲击设备,对陶瓷-金属多层涂层在不同温度(35、200、350、500℃)下进行垂直冲击试验。采用白光干涉仪、光学显微镜和扫描电镜观察冲击坑的形貌和微观结构,结合不同温度时涂层纳米硬度和弹性模量来分析其损伤机理。结果温度较低(35、200℃)时,圆周裂纹是涂层的主要损伤形式,涂层冲击坑深度在达到稳定后增长缓慢;温度较高(350、500℃)时,涂层损伤特征由圆周裂纹向径向裂纹和剥落转化,冲击坑深度的增长速度较快。当温度从35℃提高到500℃时,涂层纳米硬度从31.22 GPa下降到11.18 GPa,H^(3)/E^(2)从38.38×10^(‒2) GPa下降到2.85×10^(‒2) GPa,涂层的峰值冲击力和能量吸收率分别从167.8 N和72.44%增长到184.6 N和82.37%,加剧涂层的损伤,使涂层冲击坑深度从4.74μm增长到11.58μm。结论陶瓷-金属多层涂层的冲击损伤特征和性能受温度影响,温度升高使得涂层的纳米硬度和韧性H^(3)/E^(2)同时降低,循环冲击条件下的峰值冲击力和能量吸收率均增大,相同循环次数时,将增大涂层的冲击损伤深度。

冲击倾角下三星型-沙漏型内凹六边形复合微结构面内冲击动力学性能

倾斜荷载下的汽车碰撞事故时常发生,对多胞材料的力学响应会产生影响。该文以三星型-沙漏型内凹六边形复合微结构为研究对象,采用Hypermesh和Lsdyna联合仿真分析方法分析了冲击倾角(0~10°)和冲击速度(8~40 m/s)对该三星型-沙漏型内凹六边形面内冲击的变形模式和动力响应的影响,分别得到该微结构的变形模式、应力-应变曲线、平台应力和吸能特性曲线。结果表明,该微结构拥有两组弹性区与平台区,其压缩变形呈现不对称性,该特点随着冲击倾角的增大而更显著。此外,平台应力和吸能量随冲击速度的增大而增强,随冲击倾角的增大而降低。该文所提出的三星型-沙漏型内凹六边形复合微结构对汽车吸能构件的设计具有重要的指导意义。

微拓扑参数下双箭头-三星型复合微结构面内冲击性能研究

本文以双箭头-三星型复合负泊松比微结构为研究对象,首先采用准静态压缩试验对模型可靠性进行了验证.其次,采用有限元软件HyperWorks和显式动力学软件LS-DYNA详细分析了微拓扑参数和冲击速度对其面内冲击变形模态和吸能特性的影响.研究表明,在冲击载荷作用下,该复合微结构的面内冲击动力学性能依赖于微元胞夹角和胞壁厚度参数,冲击速度越大,吸能量越大,且随着微元胞夹角的减小以及胞壁厚度的增大,其平台应力和吸能特性表现更加优异,该研究对车辆吸能件的设计具有重要的指导意义.

低合金高强度钢Q345D低温冲击脆性问题研究

本文研究了化学成分、TiN夹杂、加热温度和冷却速度对低合金高强度结构钢Q345D棒材低温冲击韧性的影响。结果表明：在标准范围内C≤0.13%、Mn≥1.2%、Ti≤0.06%，低温冲击吸收能量完全满足标准要求；Ti≥0.49%时，会出现大量的TiN夹杂，严重降低低温冲击吸收能量；加热温度≥950℃，晶粒明显变粗，低温冲击吸收能量急剧下降；在0.5℃/min~空冷的冷却速度范围内，随着冷却速度的增加低温冲击吸收能量逐步增加。

700℃超超临界机组用Alloy 617 mod时效析出相

研究了Alloy617mod在750℃下时效3000h过程的析出相种类及其对室温硬度和冲击性能的影响。Alloy617mod时效后析出M23C6碳化物和γ′相。随时效时间延长，晶内、晶界析出物数量增多，晶界碳化物尺寸和分布无明显变化。经300h时效后，M23C6和γ′相产生析出强化，提高了合金硬度。晶界碳化物导致界面结合强度降低，晶界成为裂纹的发源地，引起冲击吸收能量降低。时效过程γ′相与基体相保持共格关系，产生共格应力，有利于硬度提高；同时γ′相析出强化使晶界附近难以协调塑性变形，易导致开裂，也引起冲击吸收能量降低。时效300-3000h过程的时效态Alloy617mod硬度和冲击吸收能量分别为207-214HB和75～83J，具有良好的稳定性。

多次低强度冲击对蜂窝纸板缓冲性能的影响

针对多次低强度冲击缓冲包装材料局部损伤研究的不完善,本文首次研究了多次低强度冲击对蜂窝纸板缓冲性能的影响。首先对蜂窝纸板进行5cm高度下的低强度多次冲击,再进行80cm高度下较高强度的一次冲击,以模拟实际产品运输过程中的冲击与跌落。通过实验获得了蜂窝纸板的载荷-位移曲线和能量吸收图。结果表明:1首次低强度冲击后蜂窝纸板出现屈曲和折叠,载荷-位移曲线出现屈曲峰值;受到重复冲击后折叠扩展,载荷-位移曲线由软弹簧变形阶段和平台阶段构成,屈曲现象不再明显,平台阶段的承载力比首次低强度冲击时的屈曲载荷下降了60%;随着低强度冲击次数的增加,蜂窝纸板在各次冲击时吸收的能量呈上升趋势;2蜂窝纸板剩余结构在经受较高强度冲击时,其载荷-位移曲线具有软弹簧变形阶段、平台阶段、密实化阶段的特征,平台阶段体现出明显的屈曲渐进过程;随着低强度冲击次数的增加,蜂窝纸板剩余结构在较高强度冲击时吸收的能量呈下降趋势。蜂窝纸板在经历多次低强度冲击后,虽有局部折叠,但仍能在一定程度上起到保护产品的作用,是一种理想的缓冲结构材料。

变幅多次冲击对蜂窝纸板缓冲特性影响

目的研究了蜂窝纸板在面外变幅多次冲击下的缓冲特性,为蜂窝纸板的运输包装设计提供参考。方法对蜂窝纸板进行不同强度类型的多次冲击,以模拟运输过程中其经历的冲击与跌落,再通过进行准静态压缩试验来评估其缓冲性能的变化情况。结果多次冲击后蜂窝的剩余结构产生了2个明显的变形情况:具有垂直胞壁的未压溃部分和由于冲击累积而导致褶皱的压溃部分;发现冲击强度由低到高比由高到低对蜂窝结构应力-应变、缓冲系数和能量吸收曲线造成的影响更为明显,且影响程度随着高度种类的增多而增加。结论多次冲击会对蜂窝纸板的缓冲性能产生不利影响,且影响的程度会受到冲击顺序的影响,因此,考虑冲击的类型对于缓冲包装来说具有十分重要的意义。

时效工艺对17-4PH不锈钢组织与力学性能的影响

对17-4PH不锈钢进行460~580℃,保温4 h的时效处理,采用显微组织观察、XRD分析、拉伸试验、硬度测试、冲击试验等研究了不同温度时效对17-4PH不锈钢组织与力学性能的影响。结果表明:不同温度时效处理17-4PH不锈钢的组织中主要为马氏体、碳化物和少量逆转变奥氏体。随着时效温度的升高,17-4PH不锈钢中马氏体组织逐渐粗化,逆转奥氏体含量逐渐增多,抗拉强度、屈服强度和硬度逐渐下降,伸长率和冲击吸收能量逐渐升高。当时效温度从460℃升高到580℃,17-4PH钢的硬度下降26.2%,冲击吸收能量提高299.5%,时效温度对17-4PH不锈钢的韧性影响显著。17-4PH不锈钢的拉伸断口主要由韧窝和撕裂棱构成。随着时效温度的升高,拉伸断口上韧窝数量明显增多,且韧窝尺寸有所增大,韧窝变深,分布也更为均匀,不锈钢的塑性增加。

试样厚度对夏比冲击试验结果的影响

通过不同温度下的夏比摆锤冲击试验对非标准小尺寸V型缺口冲击试样的冲击吸收能量和侧膨胀值进行了分析,并结合力-位移曲线,研究了试样厚度对冲击试验结果的影响。结果表明:当试验温度高于韧脆转变温度时,冲击吸收能量与试样的横截面积有关,因此与厚度呈线性关系;而低于韧脆转变温度时,冲击吸收能量与试样厚度之间没有明显关系;试样的侧膨胀值、剪切断面率与厚度之间没有直接联系。随着试样厚度的减小,不稳定裂纹扩展起始力越来越小,从而导致冲击吸收能量减小。厚度越大试样吸收的能量越多,冲击过程中所受到的最大力也越大。

试样尺寸对S355J2W钢冲击试验结果的影响

分别采用V形缺口、尺寸为10mm×10mm×55mm的标准试样和5mm×10mm×55mm的小试样,测定了主要成分为0.16%C、0.96%Mn 0.44%Cr、0.23%Ni和0.27%Cu(质量分数)的S355J2W钢在-100~200℃的冲击性能,以研究冲击试样尺寸对S355J2W钢韧-脆转变温度的影响。结果表明:在冲击吸收能量随试验温度的变化曲线的低平台区,用5mm和10mm厚试样测定的冲击吸收能量相差不大;而在高平台区,用5 mm厚试样测定的冲击吸收能量约为用10 mm后试样测定的1/2;用5mm厚试样评定的钢的韧-脆转变温度比用10mm厚试样评定的约低19C,冲击试样解理断面比例50%所对应的韧脆转变温度的偏移量为-21℃。

砧座磨损对夏比冲击试验结果的影响

为了分析砧座磨损对冲击吸收能量的影响,分别采用磨损严重的砧座和完好的新砧座对超高、高、中能量级的弧形缺口标准试样进行了冲击试验,并对两种砧座测得的力-冲击吸收能量-时间曲线和试样宏观形貌进行了对比分析。结果表明:采用磨损严重的砧座进行冲击试验,会在试验过程中产生额外的摩擦功,导致测得的冲击吸收能量偏高;且试样能量级别越高,受砧座磨损影响的程度也越大。

大截面ST52-3钢阀块锻件热处理工艺优化

针对大截面ST52-3阀块锻件调质热处理过程中出现的夏比冲击吸收能量不合格现象,通过断口宏观形貌和金相组织观察,分析不合格原因。研究了淬火温度、冷却速率、回火温度对夏比冲击吸收能量的影响,并对热处理工艺进行优化。结果表明,优化后的热处理工艺明显改善了夏比冲击吸收能量,且不降低拉伸性能指标。

S30432钢出现马氏体组织时的力学性能试验研究

为评估S30432钢组织中出现马氏体时其长期服役安全性,利用XRD、SEM、TEM、拉伸试验机、冲击试验机和维氏硬度试验机等仪器,对组织中存在马氏体的S30432钢进行了力学性能及其断裂模式的试验研究。结果表明:在19 000 h服役时间内,马氏体组织引起了或加剧了S30432钢室温抗拉强度和硬度在析出相强化基础上的进一步升高和服役室温脆化;受马氏体组织影响,室温下S30432钢的拉伸冲击断裂模式为沿着存在马氏体组织的紧邻晶界区域断裂,而非沿着晶界析出相的沿晶韧窝断裂,高温下S30432钢为穿晶韧窝断裂。

新型星-菱形负泊松比蜂窝结构的动态力学特性

为进一步提高蜂窝结构的抗冲击性能和能量吸收能力,通过周期性阵列传统星形胞元和星-菱形胞元,本文构建了内凹星形蜂窝结构(Reentrant star-shaped honeycomb structures,RSH)和新型的面内增强星-菱形蜂窝结构(Enhanced star-rhombic honeycomb structures,ESH)。通过实验和有限元模拟,系统地研究了ESH在不同加载方向的面内力学响应和吸能特性。与RSH相比,准静态压缩下ESH的负泊松比特性减弱,但吸能能力显著提高。此外,结合微拓扑胞元的变形特征,揭示了低速冲击时ESH-y的应力-应变响应呈现双平台特征的变形机制,并讨论了结构参数α、t和b对平台应力的影响规律。基于高速冲击下ESH的周期性逐层坍塌变形特征和动量定理,给出了不同加载方向高速平台应力的理论解,理论结果与有限元结果吻合较好。该研究可为创新设计具有更优力学性能的新型负泊松比结构提供参考。

SUS304L用高韧性不锈钢焊材选择与性能研究

分别采用316LMn,385,317L,308L和316L的焊条和氩弧焊丝焊接SUS304L,重点研究了焊缝金属在经过570℃×1 h热处理后-196℃冲击吸收能量及焊接工艺性能。385和316LMn全奥氏体熔敷金属低温韧性优异且稳定性好,308L,317L和316L的焊条和焊丝,通过优化平衡Cr,Ni当量控制铁素体数小于3,焊缝金属-196℃冲击值稳定在50 J以上。熔敷金属为全奥氏体的焊材焊接时,需要控制线能量,防止出现热裂纹,当熔敷金属Mn含量较高时,可以有效减少热裂纹的产生。SUS304L设备焊材选用时,需要进行综合考虑,合理选用国内外熔敷金属为超低碳全奥氏体或超低碳、低铁素体含量的焊材,在保证质量的前提下,可避免焊材性能匹配过渡溢出。

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。

热处理工艺对5mm 9Ni钢板性能的影响

研究了淬火+亚温淬火+回火(QLT)、淬火+回火(QT)、正火+正火+回火(NNT)3种工艺对5 mm9Ni钢板低温韧性的影响。结果表明,采用NNT工艺,钢板低温韧性良好,逆变奥氏体含量8.0%;通过工艺试制,5mm 9Ni钢板,采用3.3 mm厚度规格试样,-196℃冲击吸收能量≥40 J;采用2.5 mm厚度规格试样,-196℃冲击吸收能量≥27 J。

Q345D钢埋弧焊的焊接材料、焊接工艺及应用

Q345D钢埋弧焊首次在我公司应用,通过选择适当的焊接材料、焊接工艺,使焊接接头满足低温韧性,-20℃冲击试验要求,并通过焊接工艺评定进行验证。

玻璃钢纤维增强塑料薄壁管抗冲击性能的实验研究

本文采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验系统,研究了玻璃钢纤维增强塑料(GFRP)薄壁管在低速冲击载荷作用下的抗冲击性能,探讨了薄壁管的截面形状和壁厚对其冲击破坏模式、动态应力-应变曲线和比吸能值(SEA)的影响。实验结果表明:GFRP圆管的动态切线模量较方管的大,同壁厚的圆管的抗冲击性能较方管好;方管随壁厚的适当增加,抗冲击性能也增加。通过综合分析抗冲击性能评价参数,发现GFRP方管的吸能性能较圆管的好,且随壁厚的略微增加,吸能性能增强。与铝合金圆管相比,在相同实验条件下,GFRP圆管的动态压缩模量和冲击应力峰值较铝合金圆管大,峰值应变值较铝合金圆管小,比吸能值较铝合金圆管的大,GFRP管的抗冲击性能也较铝合金圆管好。其结果可为GFRP管类结构的优化设计及工程应用提供基础实验数据和给予理论指导。