Sandwich structures with tapered tubes as core:A quasi-static investigation

In this article,the experimental and finite element analysis is utilized to investigate the quasi-static compression features of sandwich constructions built with tapered tubes.3D printing technology was utilized to create the hollow centers of the tapering tubes,with and without corrugations.The results demonstrate that the energy absorption(EA)and specific energy absorption(SEA)of the single corrugated tapered tube sandwich are 51.6% and 19.8% higher,respectively,than those of the conical tube sandwich.Furthermore,the results demonstrate that energy absorbers can benefit from corrugation in order to increase their efficiency.Additionally,the tapered corrugated tubes'resistance to oblique impacts was studied.Compared to a straight tube,the tapered tube is more resistant to oblique loads and has a lower initial peak crushing force(PCF),according to numerical simulations.After conducting a parametric study,it was discovered that the energy absorption performance of the sandwich construction is significantly affected by the amplitude,number of corrugations,and wall thickness.EA and SEA of DTS with corrugation number of 8 increased by 17.4%and 29.6%,respectively,while PCF decreased by 9.2% compared to DTS with corrugation number of 10.

三明治式飞行器热防护结构研究进展

三明治式先进热防护结构广泛应用于航空航天装备。然而,由于上述结构多为板面与芯体组合形式,加之通道内流场的综合作用,其换热机理呈现出复杂、多变及强耦合的特点,难以针对真实结构及环境工况开展计算、仿真及实验工作。为此,致力于为飞行器热防护结构设计、仿真、试验、优化工作提供可靠技术支撑,本文选取蜂窝夹芯结构、波纹板夹芯结构和点阵夹芯结构,对于点阵夹芯结构又从四面体、金字塔、X型和Kagome型点阵着手,对国际、国内主要研究团队近年来相关流动与换热研究成果进行综述。阐述了3种热防护结构的结构形式和发展历程,分析了板面与芯体组合作用下的换热形式及隔热机理,归纳总结了现有研究不足之处与发展趋势。可以看出,点阵夹芯相比蜂窝与波纹板夹芯结构,由于其芯体内复杂湍流的存在,换热效率高、温度梯度小,具有更好的隔热潜力。

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。

基于轻质立式瓦楞夹芯复合纸板的临时性家具设计

纸基家具因可回收、再循环和再利用的环保属性在众多临时性场合,如临时展览、大型赛事活动中具有重要的潜在应用价值。从生产角度出发,结合家具设计学科的相关知识,解析复合纸板家具结构形态、连接方式和造型方法,针对立式瓦楞夹芯复合纸板材料属性提出了一种V形槽封边与造型一体化技术,能够解决芯层暴露美观性差的问题,提升纸基家具的质量,在此技术上进行案例设计,初步构建了基于轻质立式瓦楞夹芯复合纸板的临时性家具设计体系,对纸基家具的进一步工程应用具有重要意义,为轻质家具新产品开发提供借鉴与指导。

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。

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。

瓦楞夹层结构动态力学性能评估

以典型的瓦楞夹层结构——瓦楞纸板为例,研究了不同应变率下的A、B、C、E型多层瓦楞纸板的力学性能。结果表明由于变形机制的不同造成动态平台应力值比静态平台应力值有明显的增加。采用中等应变率下评估动态应力的Cowper-Symonds方程与试验数据相结合,构建了一个综合考虑结构参数和应变率效应的多层瓦楞纸板的动态平台应力的预测方程。结果表明:随着应变率的增加,多层瓦楞纸板的平台应力明显增加;经过标准化后的方程能够较全面的用于多层瓦楞纸板的动态平台应力的预测,同时,该方程对于其他材质的瓦楞夹层结构的力学性能的研究有重要的参考价值。

纸板托盘的发展及其结构概述

简述了纸板和纸板托盘的发展和研究情况,对现有纸板和纸板托盘的结构进行了绘图说明。

U型折叠式夹层板防护性能数值仿真分析

开展夹层板单元防护性能研究可为舰船防护结构设计提供指导。以某船底加筋板架为应用对象,设计出U型折叠式夹层板结构;利用MSC.Dytran对船底板架及夹层板结构在水下爆炸冲击载荷下的动态响应进行数值仿真分析,通过分析流—固耦合压力、损伤变形、速度、加速度、结构塑性吸能等性能参数,对比研究两结构的防护性能;分析夹层板在不同冲击强度下的损伤特性,面板厚度、夹芯板厚、夹芯与面板夹角、夹芯单元宽度、夹芯高度等结构参数对夹层板损伤变形、结构吸能等特性的影响。通过研究得到了U型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的损伤特性、变形模式等,U型夹层板的防护性能明显优于传统加筋板架,夹芯层在夹层板抵抗水下冲击载荷中起到关键作用,结构参数对防护性能产生不同程度的影响。

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.

芯层几何构形对复合材料波纹夹层结构冲击特性的影响

复合材料夹层结构广泛应用于航空航天、舰船等领域,其低速冲击特性近年来受到广泛关注.为研究芯层几何构型对夹层结构冲击特性的影响,首先制备了碳纤维面板、铝合金芯层的复合材料夹层结构,并开展了实验研究,然后基于AUBAQUS通用软件平台,开发了用户自定义材料VUMAT,对模型试件进行了仿真模拟,仿真计算结果与试验结果吻合较好.基于此,针对5种不同芯层几何构型的波纹夹层结构,进行了冲击性能的系列计算.结果表明:针对不同的冲击能量,芯层的几何构型在低能冲击下对结构的冲击损伤范围和吸能能力有较大的影响,而在高能冲击下影响却很小.

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.

空爆载荷作用下波形夹层板抗爆结构优化设计

为了提高空爆载荷作用下夹层板的抗爆能力,提升其在舰船和海工装备上的应用程度,提出一种针对波形夹层板结构的优化方法,该方法以结构质量和在爆炸载荷作用下的结构应力、变形以及吸能作为评估标准,利用正交试验筛选出样本点,通过BP神经网络生成夹层板结构参数与评估标准间的响应面模型,用遗传算法对响应面模型进行多目标优化分析,得出全局最优解,形成一套夹层板的优化设计方案,这为夹层板抗爆结构优化设计提供了一种新的设计思路和优化方法。

夹层结构纸板压缩剪切性能试验研究

采用改进的组合式压缩剪切夹具,测试不同厚度的蜂窝纸板和高强瓦楞复合纸板横、纵向的剪切载荷-位移数据并绘制了相应曲线以及对应的抗剪切强度柱状图。测试结果表明:对于夹层结构纸板纵向样品的抗剪切能力大于横向样品;在用纸定量和质量相同时,相同方向的蜂窝和高强瓦楞复合纸板的抗剪切能力随厚度的增加而降低,相同厚度和方向蜂窝纸板的抗剪切能力大于高强瓦楞复合纸板,蜂窝纸板的抗剪切性能比高强瓦楞复合纸板更好。研究结果对于夹层结构纸板的进一步应用提供了压缩剪切方面的依据。

高强瓦楞蜂窝复合纸板及其力学性能研究

介绍了高强瓦楞蜂窝复合纸板制造技术及其特点,并按照夹层结构力学性能测试方法对其进行了平压强度、侧压强度、弯曲强度、弯曲刚度和剪切强度测试,按照瓦楞纸板戳穿性能测试方法测试了其戳穿强度,此外还与蜂窝纸板的相关性能进行了分析比较。研究结果可为高强瓦楞蜂窝复合纸板及其制品的开发应用提供科学依据。

激光焊接夹层板结构设计程序开发

基于U-I型、U-IV型、V-I型、V-IV型4种夹层板结构形式,利用PCL(Patran Command Language)语言对MSC.Patran进行二次开发,设计开发出折叠式夹层板结构设计程序(FEA-LASCOR)。该程序仅需设计者在用户界面简单操作即能够实现夹层板板格快速建模、屈服强度分析、结果处理等功能。验算分析表明FEALASCOR程序具有与传统数值仿真分析一样的精度,并缩短了繁琐的建模工作,显著提高设计分析效率,为夹层板船体结构设计高效、快捷的分析工具。

三层钛合金波纹夹芯结构低速冲击性能研究

对三层钛合金波纹夹芯结构进行2、4、6 m/s三个速度下的落锤冲击试验,获得了冲击过程中接触力、冲头速度、位移和能量吸收情况。此外对上述结构进行2、3、4、5和6 m/s速度下的落锤冲击试验有限元模拟。结果表明:接触力、变形量以及能量吸收与初始冲击速度有密切的关系;计算和有限元模拟的峰值力有一些差距,这是由于面板和夹芯层之间脱焊而引起的。但在能量吸收方面这两种方法结果较吻合。

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。

油气爆炸下海洋平台抗爆结构型式数值仿真

海洋平台作为人们开发利用海洋资源的重要基础设施,在其服役期间,常会遭到油气泄漏而引起的爆炸冲击破坏,因此对海洋平台结构进行爆炸载荷下的动态响应分析及抗爆研究十分必要。本文以某海洋平台燃油舱的围壁为研究对象,对其分别进行波纹板和夹层板结构设计。使用非线性瞬态动力学分析软件MSC.Dytran对不同结构型式舱壁下燃油舱的吸能情况进行数值对比研究,从而获得抗爆效果较好的海洋平台舱壁抗爆结构。

夹层结构纸板压缩剪切夹具的改进及其验证

针对国家标准压缩剪切夹具测试夹多种层结构材料的剪切性能时,需要多个夹具,且夹具制作成本高的不足,对其进行了改进:将与试样粘合的加载板改为组合式结构,这样可以制作多组样品粘合板,测试时只需要组装即可,大大降低了夹具制作成本,提高了试验效率,而且样品准备制作更加方便。通过试验对改进的组合压缩剪切夹具与标准夹具进行了对比验证,结果表明组合夹具与标准夹具相比所得数据稍有差别,但压缩剪切载荷最大值差别在±10%以内,提高了夹具的制作精度后,组合夹具完全可以代替标准夹具。