GLARE层板低速冲击的实验与模拟

研究玻璃纤维增强铝合金层合板(glass fiber reinforced aluminum laminates,GLARE)在落锤低速冲击下的材料行为,建立ABAQUS有限元模型进行模拟并对其进行实验验证。针对纤维金属基体材料的特点,采用连续损伤模型(continuous damage model,CDM)分别给予落锤6.22 J、12.38 J和14.46 J的冲击能量,在ABAQUS中对模型设置相应的边界条件和载荷,得出落锤下落方向的速率-时间曲线和能量损耗曲线图。考虑金属层与复材层间黏结层的作用,采用凝聚层(cohesive)将金属层和复合材料层粘接。在仿真中观察层间的纤维和基体拉伸和压缩损伤状态及破坏情况,并与实验得出结果进行对比。结果显示:有限元仿真可以准确模拟落锤冲击之后GLARE板背面的裂纹和鼓包的实效情况以及基体和纤维的损伤情况,很好地预测复合材料内部的损伤情况。

GLARE层合板抗低速冲击性能分析与数值模拟

采用不同冲击能量对玻璃纤维增强铝合金层合板(GLARE层合板)进行落锤低速冲击试验,得到了冲击载荷、位移和能量与时间的关系曲线。在不同冲击能量下,对层合板的冲击响应以及冲击过程中的损伤演化进行了分析。结果表明,不同冲击能量下基体压缩损伤面积随着冲击能量的增大而增大,而冲击能量相同时,受冲击面方向的第一、二层基体拉伸损伤面积远大于第三、四层,玻璃纤维/环氧树脂预浸料的铺层顺序以及方向是影响层合板抗冲击性能的主要因素。基于ABAQUS建立了GLARE层合板的低速冲击有限元分析模型,数值模拟结果说明:在低能量冲击时采用延性损伤准则作为铝合金材料的损伤判据是合理的。

高速公路隧道低位照明综合效能研究

照明系统是保障隧道运营安全的基本要素,其碳排放量在机电系统中比重较高,照明灯具存在着故障率高、维护困难的问题。本文采用数值分析的方法建立了隧道低位照明的三维空间模型,对低位照明相关的路面亮度、路面照度、路面均匀度、墙壁亮度、阈值增量、眩光值、能耗水平等效能指标进行了分析,并与高位照明方式的效能进行了比较。结果表明:在低位照明方式下,当单个灯具光通量相同时,路面亮度与灯具纵向间距呈正比例关系,路面的亮度总均匀度和道路纵向中线均匀度都较高,道路纵向中线均匀度的值接近于1;低位照明的眩光指标较高,各种工况的阈值增量均大于15,且纵向间距越小,阈值增量越大。在灯具总光通量相同的情况下,低位照明的路面亮度值大于高位照明,说明低位照明的电能利用效率高于高位照明,但是低位照明的眩光指标高于相关标准,需要进一步对光强分布提升改进。

GLARE复杂截面构件低约束流体辅助成形规律

针对新一代航空制造材料玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE),以低约束GLARE为板料制备了具有变曲率和曲面特征的异形盒形件,并采用流体辅助成形工艺进行试验,探究了压边力、液压及其加载路径对试件成形质量的影响规律,根据零件失效机理分析得到了有利于成形的最佳工艺参数,并结合优化后的液压加载路径得到复杂构件成形规律。分析了不同成形高度异形盒形件的失效形式。结果表明:在一定范围内增大压边力与液压有利于零件成形;采取较大液压加载速度并保压的路径可提高零件的成形质量。

高均匀低眩光LED台灯配光设计及仿真分析

市场上的节能台灯普遍存在光效低、亮度不均匀、眩光较严重的缺点,以改善这些缺点作为出发点,设计了一款高均匀低眩光的LED护眼台灯.设计加入非球面反光杯灯罩来收集LED光源发出的大角度光线,提高了光能的利用率并改善了眩光.加入配光透镜消除接受平面存在的中心亮斑,解决了均匀照明问题.通过ProE三维设计软件进行实体建模,导入TracePro进行光线模拟和仿真分析,结果表明这一LED台灯配光设计可在工作距离为450mm、直径为700mm的接收面内实现低眩光高均匀照明,平均照度可达497.1lx,平均度达到0.9左右.这一高均匀低眩光LED护眼台灯的设计方案有着广阔的实际应用前景.

玻纤铝合金层板受低速冲击损伤实验和仿真

为了研究GLARE板受冲击载荷下破坏机理。落锤实验分析了GLARE板抗低速冲击性能,给出了其在实验中的破坏响应。实验分析了该材料的时间接触力曲线、时间变形曲线、时间能量吸收曲线、以及变形接触力曲线变化过程和试件两面的铝合金层的破坏情况。在ABAQUS软件中,建立了落锤低速冲击的有限元模型。通过对比在不同冲击能量时实验和数值模拟的时间接触力曲线、时间变形曲线、时间能量吸收曲线和铝合金层的破坏,验证了有限元模型的可靠性。在分析对比不同冲击时复合材料和铝合金破坏之后,发现复合材料层的破坏程度变化并不大,相反铝合金层的破坏程度有较大变化,所以铝合金层在材料整体抗冲击性能起重要作用。

玻璃纤维增强铝合金层合板低速冲击响应分析

基于ABAQUS/Explicit建立了GLARE的有限元模型,分析了其在低速冲击载荷作用下的动态响应,讨论了低速冲击过程中冲头与层合板之间的接触力随冲头位移的变化过程,并进一步分析了低速过程中结构的破坏过程及能量平衡。研究发现:冲头承受的载荷在冲击过程中会发生剧烈变化,且在击穿GLARE前,载荷受冲击速度影响很小;冲头的动能损失基本转化成了层合板结构增加的内能,主要包括铝合金板的塑性变形能、整体材料应变能、因损伤破坏吸收的能量;其中铝合金板的塑性变形能占比最高,可通过进一步设计铝合金板来提高GLARE的抗冲击性能。本文为GLARE层合板在结构冲击防护中的设计及应用提供了重要的参考依据。

缺陷对纤维金属层板低速冲击性能影响规律

为研究不同孔洞大小和位置的玻璃纤维铝合金层板抗冲击性能损伤规律,本文通过在Abaqus中建立落锤低速冲击有限元模型,分析了玻璃纤维铝合金层板受冲击后的接触力、能量吸收、试件变形的响应规律。该模型中用自定义子程序VUMAT、Johnson-Cook金属损伤模型以及基于接触行为的表面内聚力行为分别可以用于分析复合材料、铝合金层和层间分层行为。在20 J冲击能量下,对比分析了圆孔大小和圆孔位置对玻璃纤维铝合金层板材料的冲击响应和破坏规律。结果表明:固定半径2 mm,圆孔距离玻璃纤维铝合金层板中心处较近的试件铝合金层板损伤、层间损伤、复合材料板损伤范围大,且集中于圆孔内侧;固定圆孔距离冲击中心为6 mm,随孔径增大,试件的各类损伤集中于缺陷周围。因此,缺陷会明显降低玻璃纤维铝合金层板的抗冲击性能。

基于多维度低位路灯的结构分析及优化

本文主要针对多维度低位路灯的能耗问题进行探究。本文首先对多维度低位路灯的照明方式进行分析,通过建立道路照明模型,根据反射原理初步得到了灯具照射的最佳照射角度,同时也说明了正逆向的照明方式相比传统照明方式更节能的原因;然后针对灯具的光学配光与结构配光进行分析,得到影响灯具出光效率的关键因素在于透镜出光面高度;接着对透镜出光面能量分布与有效出光面高度进行了实验测试,根据实验结果选取了最优出光面高度,对灯具进行了初步优化,将灯具效率提升了27%;最后根据降低出光口高度的思路设计了异形透镜,将灯具出光效率提升了113%。

LED平板筒灯配光设计及仿真分析

传统的LED筒灯普遍存在安装高度大、光效低、亮度不均匀、眩光严重等缺点,针对这些缺点,设计了一款安装高度低、高光效、高均匀、低眩光的LED平板筒灯。用ProE建立了LED平板筒灯的三维模型,把这一模型导入Tracepro软件,进行仿真分析了LED平板筒灯侧反射面和底面的夹角对筒灯亮度均匀性和眩光的影响;BM-7A亮度计测试结果显示,LED平板筒灯出光面亮度均匀性达到89.6%;根据近场分布光度计GO1900测试结果显示,所设计的LED平板筒灯光束角为99.7度,有较好的防眩光效果;积分球光学测试显示,色温3000K时,所设计的LED平板筒灯光效达到106.67lm/W。这些测试结果表明,所设计的LED平板筒灯,有良好的照明效果。

低速冲击时冲击角度和摩擦对玻纤增强铝板性能的影响

为了研究在不同冲击角度和接触摩擦力受低速冲击载荷下玻璃纤维铝合金层合板破坏情况,本文结合VUMAT用户自定义子程序、Johnson-Cook损伤模型和基于表面接触行为的内聚力行为方法,建立了玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)低速冲击有限元模型。通过实验对比材料受低速冲击响应和材料损伤状况。结果表明:冲击角较小时材料损伤较小;减小摩擦系数能够减小材料冲击损伤,且减小幅度随着冲击角减小而增大;冲击角度和摩擦对材料冲击性能影响规律可以为类似结构设计提供参考。

基于有效光通概念的低能耗路灯研究

低位照明中眩光强烈程度与灯具出光效率呈正相关,消除眩光的截光板会导致灯具出光效率极低。基于驾驶员的视觉需求对路灯出光进行分析,提出了道路照明有效光通的概念,将路灯出光分为有效光通、无效光通与有害光通(眩光)三部分。根据有效光通概念设计了多通道灯具结构,将无效光通转化为有效光通,并消除有害光通。通过软件模拟实验得出灯具出光效率与通道数的关系;通过设计多通道结构验证实验证明结构的可行性。实验结果表明,灯具出光效率与通道数呈线性关系,出光高度为4.9 mm时灯具出光效率最大,约为67.4%;多通道结构可以将多维度低位路灯出光效率由17%提升至63%。因此多通道灯具结构可以同时解决低位道路照明存在的眩光强烈与高能耗的问题。

圆孔对GLARE层合板抗冲击性能的影响

为获得圆孔对玻璃纤维增强铝合金(GLARE)层合板抗冲击性能的影响规律,采用40J的冲击能量对无孔和含圆孔GLARE层合板进行了落锤低速冲击试验,获得了冲击载荷、挠度和能量-时间曲线。应用ABAQUS/Explicit有限元分析软件对试验进行模拟,并预测了圆孔直径对GLARE层合板抗冲击性能的影响。结果显示:在低速冲击下,GLARE层合板纤维层的失效模式以分层损伤和纤维断裂为主;随着圆孔边缘至冲击中心距离的增加,层合板的冲击载荷峰值提高,而挠度峰值减小;数值模拟结果与试验结果的比较验证了模型的合理性;随着圆孔直径的增大,GLARE层合板的抗冲击性能逐步劣化。

玻璃纤维铝合金板低速冲击损伤演化数值模拟

编写了复合材料损伤的VUMAT子程序,并结合Johnson-Cook金属损伤模型和表面内聚力行为层间分层方法建立了玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)受落锤低速冲击的数值模型.分析了能量吸收、形变情况及锤头接触力的变化,并通过与实验结果的比较验证了有限元方法的可靠性.利用有限元方法能够更全面分析材料损伤变化的优势,模拟了GLARE三维渐进失效、铝合金层的失效以及纤维层和铝合金层界面分层的破坏模式.通过综合分析该三种渐进失效与能量吸收、形变情况及锤头接触力的变化,揭示了玻璃纤维增强铝合金层板受落锤低速冲击下的破坏机理,验证了铝合金层板的加入对于玻璃纤维增强铝合金层板抗冲击性能增强规律.

面阵LED路灯：低功率密度应用中的光色电热特性

介绍了1款低功率密度的面阵LED路灯的光色电热性能和应用。该路灯在色温5 000 K,显色指数70时,光效高达170 lm/W;在功率密度0.11~0.55 W/cm^2、基板温度45~85℃的范围内,结温只比基板温度高2~7℃。该路灯包含多块低功率密度封装的LED面光源模块,配合整体式配光的玻璃透镜,可以实现良好的蝙蝠翼配光,满足道路照明标准的要求。该路灯还具有成本低、无眩光危害、安装方便的特点,可以直接改装现有的高压钠灯灯具。该路灯可用于替换高压钠灯和金卤灯等传统路灯,节能70%以上。