轴向冲击载荷作用下泡沫金属填充薄壁金属圆管吸能特性研究

对不同几何尺寸的泡沫铝填充薄壁金属圆管结构进行了轴向压缩数值模拟,研究其吸能性能,对比了各种几何参数对结构耐撞性能的不同影响,发现填充结构的尺寸对结构的耐撞性影响显著。研究结果显示,泡沫铝密度和薄壁圆管长度对填充结构吸能性有较大影响,而外筒尺寸对填充结构吸能性影响不大。     

功能梯度泡沫薄壁管斜向冲击耐撞性仿真研究

采用有限元分析方法,以比吸能和初始碰撞力峰值为评价指标,通过与等质量均值密度泡沫填充管对比,研究了一种新型功能梯度泡沫填充管在不同冲击角度下的失效模式和耐撞性能,分析了包括泡沫梯度指数、壁厚和泡沫密度变化范围在内的结构参数对其在斜向冲击下耐撞特性的影响。结果表明,功能梯度泡沫填充管在斜向冲击下的耐撞性能明显优于均值密度泡沫填充管;结构参数之间相互关联、彼此影响,均对功能梯度泡沫填充薄壁管的耐撞特性产生显著影响。     

高孔隙率泡沫金属对相变蓄热的强化研究

在相变材料中填充高孔隙率泡沫金属能有效改善相变材料的传热性能。主要研究了填充高孔隙率泡沫铝后对石蜡导热系数的影响,利用Fluent及其前处理软件Gambit建立模型,并模拟结果。结果显示加入泡沫铝能使温度分布均匀,缩短相变时间,提高储热效率。     

冲击波在泡沫金属材料中传播特性的研究

泡沫金属材料由于其较长的应力平台能吸收较多的能量,在结构耐撞性设计中有广泛的应用,然而实验研究表明当承受强冲击载荷时,泡沫金属材料中可能发生应力增强现象,从而对被保护物造成较严重的损伤.应用二维弹塑性质量-弹簧-连杆模型对这一现象进行了系统研究.给出了泡沫金属的本构关系及其加、卸载准则,建立了非线性动力平衡方程,采用显式积分算法对压缩冲击波在铝泡沫材料中的传播特征进行了模拟,并考察了铝泡沫材料非均匀性对冲击波传播特性的影响.结果表明,在较低的脉冲载荷下,铝泡沫材料通过其胞壁的渐进坍塌耗散大量的能量,从而减缓被保护物所受的冲击.当脉冲载荷达到一定强度时,在铝泡沫材料中应力传递可能会出现增强现象,特别是在局部非均匀泡沫材料中,会产生相当高的峰值应力.压缩冲击波在铝泡沫材料中的传播特征及其所产生的峰值应力的大小和位置与铝泡沫材料特性、脉冲载荷强度、载荷作用时间以及材料的不均匀程度等因素密切相关.本研究可为泡沫金属材料用于防护装置中的可靠性分析提供一定依据.     

基于相变材料的锂离子电池热管理

相变材料被动式冷却利用相变材料相变时温度基本保持不变吸收或放出热量的特性,对电池组进行热管理。该冷却方式具有寄生功耗低、温度均匀性好、吸收或释放热量多等特点。但由于相变材料导热系数普遍较低,难以满足电动汽车在高电流密度工况下的电池热管理要求,从而限制了相变材料在电池热管理中的进一步应用。如何有效地提高相变材料的导热系数,同时保证其储热能力和化学稳定性,成为了研究相变材料电池热管理系统的关键问题。通过强化传热措施包括添加导热颗粒、金属翅片、泡沫金属和膨胀石墨可提高相变材料的导热系数。总结了四种强化相变材料传热的措施的研究进展,并概述了其传热措施的影响因素和强化传热效果。     

泡沫填充类蜂窝夹层结构的耐撞性

本文创新构型一种聚氨酯泡沫填充类蜂窝夹芯结构,取类蜂窝胞元壁厚分别为0.3、0.5、1.0 mm,运用数值模拟方法对该填充结构在不同冲击速度作用下的耐撞性进行了系统研究,并分析了类蜂窝胞元壁厚对结构耐撞性及变形机制的影响.结果表明,在7、14、33 m/s冲击载荷作用下,类蜂窝胞元壁厚为0.3 mm填充结构的比吸能、载...     

机翼前缘局部填充泡沫铝抗鸟撞特性

在保证飞机机翼前缘质量特性的前提下,通过一种泡沫铝局部填充机翼前缘的优化结构来提高机翼前缘的抗鸟撞性能。通过LS-DYNA软件分别开展机翼前缘未填充和局部填充泡沫铝材料抗鸟撞分析,研究两者撞击响应、前墙响应和吸能特性的差异性,并基于D80气炮开展鸟撞铝板试验来验证鸟体本构参数的准确性和有效性。研究结果表明:通过减少蒙皮厚度并局部填充泡沫铝的方式能够在优化机翼前缘质量的同时有效地增强机翼前缘的抗冲击强度;机翼前缘局部填充泡沫铝之后前墙面板中心点位移以及等效应力得到有效降低,填充机翼前缘结构比空机翼前缘结构能够更有效地抵御鸟体撞击;在蒙皮和泡沫铝的共同作用下,局部填充泡沫铝的机翼前缘能够比空机翼前缘在相同撞击工况下吸收更多的能量。     

混合动力汽车用镍氢电池的散热结构分析

以混合动力车用镍氢电池为研究对象,利用计算流体动力学分析软件对现有电池组的散热结构进行了流场和温度场的仿真分析,研究结果表明现有电池组的温度场均匀性较差.通过调整挡板及电池的位置、改变电池倾斜角度和电池的间距、施加挡风结构、包覆保温层等方法改善了电池组冷却气流分布和电池组温度场均匀性,其中包覆保温层的效果最好.为混合动力车用镍氢电池热管理的设计提供了依据.     

填充金属泡沫铜对相变材料在半圆柱容腔中传热机理的研究

为研究不同金属泡沫铜填充率下金属泡沫铜对石蜡融化过程的传热规律，设计并搭建了一套可视化蓄能实验装置，并建立了对应的数学传热模型，分析了不同填充率下复合相变材料在融化过程中温度分布、固液相界面、速度矢量、液相分数和平均Nu的变化，得到了不同填充率下金属泡沫铜对石蜡相变过程的强化传热机理，并进行了实验验证。结果表明：当金属泡沫铜的填充率从0增大至1.28%时，复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至830 s,较纯石蜡减少了7.88%,而当泡沫铜填充率为1.28%时，石蜡内部温度为12.6 K,梯度最小；平均Nu从24.89下降到3.27,下降了86.9%。由模拟结果可得，填充率为0.43%、1.28%的复合相变材料液化速率较纯石蜡分别提高了1.61%、7.11%,这说明金属泡沫铜的填充率越大，强化传热效果越好。     

抛物槽式真空管太阳能集热器强化相变蓄热的模拟研究

为了提高抛物槽式真空管太阳能集热器相变材料导热性能,设计了一种相变材料埋置金属泡沫与半圆管型强化换热结构相结合的真空管太阳能集热器,利用FLUENT软件对其蓄热过程中的传热进行了数值模拟,分析了热流密度分布非均匀的情况下在相变材料中集成翅片和金属泡沫对相变材料液态分数的影响.     

功率分流式混合动力汽车复合电源系统设计

为解决功率分流式混合动力汽车单一蓄电池功率密度小、循环寿命短等问题,引入超级电容-蓄电池复合电源系统,利用AVL-Cruise/Simulink联合仿真平台搭建了功率分流式混合动力汽车的动力系统模型,在基于发动机最优工作曲线的能量管理控制策略中加入了复合电源功率分配策略,该功率分配策略能够缓冲起停发动机、制动工况下的电机工作时的大电流对电池的冲击,使电池尽可能工作在高效率区间来提高车辆的燃油经济性.在此基础上,对蓄电池组和超级电容进行了参数匹配,仿真结果表明蓄电池的放电过程得到了优化,所设计的复合电源系统能够提高车辆的燃油经济性.      

EPDM阻燃热防护材料在锂离子电池热失控中的研究

研究了三元乙丙橡胶（EPDM）阻燃热防护材料配方中的阻燃剂、厚度对其性能的影响,以及在锂离子电池中的应用效果.结果发现具有阻燃配方的EPDM的背面温度低于未加阻燃剂的EPDM,随阻燃剂的加入和样品厚度的增加,EPDM的背面温度降低、阻燃性能提高.在火源温度为500℃的条件下,厚度为3,6 mm加阻燃剂的EPDM的稳定温度分别为185.1,165.7℃.选用厚度3 mm的阻燃EPDM作为锂电池组的热防护材料,电池热失控过程中仅1块电池发生爆炸,而未进行热防护的电池组中共有5块电池相继发生爆炸.以电池组为中心,在无热防护的锂电池组燃烧爆炸实验时,距电池组半径30 cm处圆形区域温度均受到电池燃烧爆炸的影响而达到高达300℃的高温,属于十分危险的范围;而在使用EPDM热防护材料对锂离子电池进行防护后,此区域的温度在20~28℃之间浮动,属于十分安全的温度范围.      

基于红外热成像技术的锂离子电池热特性试验研究

为了深入研究锂离子电池在工作状态下的热特性,通过试验与理论分析手段,结合红外成像技术与非接触式可视化观测方法,研究了锂离子电池单体在不同放电倍率下的表面温度分布特征及不同荷电状态(State of charge,SOC)下的温度均衡性和不同测量点的温升特性。结果表明:锂离子电池极耳附近区域为主要的产热源,且放电倍率越高,产热量越大;电池温度上升越快,最高温度越高,电池温度均衡性越差; 1C放电时,电池表面的温度梯度以多个类半圆形温区呈现;并以正极区为圆心向整个电池扩展; 2C放电时,初期形成的两个半圆形温区重合为一个以圆弧为下边的类矩形温区,直至扩展到电池下边缘;不同放电倍率下,电池温升速率均呈现先减小后增大的趋势。根据以上分析及研究成果,可以合理改进电池单体结构,设计电池组或电池包散热方案,提高锂离子电池在工作过程中的高效性和安全性。     

聚氨酯/环氧树脂互穿网络硬泡循环压缩

制备了聚氨酯(PU)/环氧树脂(ER)互穿聚合物网络硬泡，研究了互穿聚合物网络(IPN)硬泡的化学结构及微观结构形态.傅里叶红外光谱(FTIR)分析表明，IPN硬泡的网络间存在接枝反应.扫描电子显微镜(SEM)分析发现，IPN硬泡泡孔结构形状都比较均一.循环压缩实验研究表明：随循环次数增加，应力下降，单次循环的能量损耗下降；随ER含量增加，IPN硬泡的压缩模量和强度提高，相同应变下应力增加，每次循环耗能增加；循环压缩的加卸载应力 应变曲线可用改进的Ogden模型表示；累积能量损耗可用Weibull方程表示.     

电动汽车锂离子动力电池分选方法研究

为了改善电动汽车电池组的不一致性,提高电池组的可用功率和容量利用率,以电池的不一致性机理分析为基础,分别对电池进行了传统分选、主因子分选和总因子分选.单体试验计算结果表明,总因子分选方法是最优的.接着在总因子分选结果的基础上运用模糊C均值聚类算法对电池进行了动态特性分选,试验结果表明:此分选方法能有效地改善电池组的不一致性.     

混合动力车辆多目标控制能量管理策略研究

为满足混合动力车辆动力性要求,并提高车辆的能量利用效率,根据动力单元与负载的能量关系及电池组充放电特性与SOC的关系,提出了一种基于电池组恒SOC和发动机燃油消耗优化控制的综合能量管理策略.对该策略进行实验验证的结果表明:电池组能保持在最佳工作状态,且车辆的燃油经济性提高了约8%.     

混合动力车辆多目标控制能量管理策略研究

为满足混合动力车辆动力性要求,并提高车辆的能量利用效率,根据动力单元与负载的能量关系及电池组充放电特性与SOC的关系,提出了一种基于电池组恒SOC和发动机燃油消耗优化控制的综合能量管理策略.对该策略进行实验验证的结果表明:电池组能保持在最佳工作状态,且车辆的燃油经济性提高了约8%.     

电动汽车动力电池技术研究进展

 从锂离子电池材料技术、单体电池、电池系统等几个方面对锂离子动力电池的发展进行了评述。锰酸锂一般应用于轻型电动车辆,也可与三元材料混合提升新能源车辆用电池的安全性和倍率性能;磷酸铁锂适用于中等比能量要求的动力电池;三元材料通过材料、隔膜涂层和电池技术的改进提升安全性后适用于高比能量型电池;石墨负极目前仍然是广泛应用的负极材料,在碳负极材料中添加硅等高容量材料的努力仍在进行中,液体电解液在向高电压和宽工作温区方向发展;小圆柱电池、方形金属壳电池和软包电池各有特点,适应了多元化的电动汽车应用需求,国产制造设备技术水平持续提升,电池系统技术方面需要整车和电池方面合作努力以提升安全性和可靠性。锂离子动力电池是目前最具实用价值的动力电池,预期其比能量在不久的将来可提升至300 (W·h)/kg,满足新能源汽车产业未来10年的发展需求。     

基于STM32的电池管理系统的研究与设计

为加强电池组的管理与保护以及减少电池组各单体参数之间的差异,设计了一套基于STM32F103VET6的电池管理系统;并提出在电阻耗能法的基础上结合能量转移思想对电池组进行均衡管理。运用MATLAB/Simulink工具建立了锂电池模型,并对电池所采用的均衡方案进行了仿真分析。仿真结果表明:采用改进的均衡方案电压偏差明显减小,单体之间的电压逐渐趋近到一个固定的值。此外通过18650型锂电池对电池管理系统进行了均衡实验测试,求出了均衡前后电压的期望值和方差值。经过对比分析,进一步验证了电池管理系统电压均衡的有效性。     

新颖波纹截面薄壁圆管的耐撞性

提出一种新颖的波纹薄壁圆形结构,采用数值对比分析方法,分析不同波纹截面形状对薄壁结构耐撞性的影响.结果表明:对于同一外截面形状的波纹,波纹内截面形状的变化使吸能相差10%;外截面是矩形的不同内截面波纹结构的吸能性要高于外截面是圆形的不同内截面波纹结构,其中,外截面为矩形,而内截面为圆形的波纹结构具有最优的吸能性,比外截面为圆形,内截面为矩形的波纹结构的吸能性提高34.5%;波长对薄壁结构的耐撞性也具有较大的影响,波长为7.8 mm的波纹管具有较好的耐撞性;与无波纹结构的圆管相比,外截面为矩形,内截面为圆形的波纹薄壁管在不影响吸能的情况下,可以使峰值力降低50.8%.