车辆底部防护蜂窝夹层结构抗冲击性能分析

为满足车辆底部爆炸冲击防护需求,仿真分析爆炸冲击作用下单层纵向、横向布置蜂窝夹层结构与1.5层、双层横向布置蜂窝夹层结构的防护性能,对比分析不同蜂窝结构的压缩变形、吸能、车身地板加速度和假人小腿垂直方向受力,并对双层横向布置蜂窝夹层结构进行试验验证.分析结果表明:横向布置蜂窝夹层结构吸能性能较好,纵向布置蜂窝夹层结构刚度和强度较好,双层蜂窝夹层结构抗冲击性能较好.      

新型负泊松比梯度结构缓冲性能

在传统内凹六边形蜂窝结构的基础上，结合甲虫鞘翅结构提出一种新型负泊松比蜂窝结构，基于有限元软件Abaqus/ Explicit仿真计算比较所提出的新型负泊松比结构与内凹六边形结构的抗冲击能力和能量吸收能力，以初始碰撞峰值力和比吸能为评价指标，结果表明新型负泊松比结构相较于内凹六边形结构的初始峰值力降低了28%，在压缩后程进入密实化阶段前结构吸能能力提高了35%.以胞元角度作为梯度变换参数来构造不同梯度排列的新型负泊松比结构，计算分析和对比不同梯度结构与均匀新型负泊松比结构的缓冲性能以及各结构在冲击过程中的变形模态，结果表明四种梯度结构均可强化结构的抗冲击能力，但在能量吸收性能上，分层递变正梯度结构（C3）的吸能能力较强.使用3D打印技术制作C3结构和均匀新型负泊松比结构的实验样件，进行准静态冲击实验，通过对比分析验证了仿真结果的正确性.本文研究结果表明：合理的梯度分布排列方式对提高结构的抗冲击性能和能量吸收能力有重要意义，为后续探索结构缓冲设计提供参考.     

腹板增强复合材料夹层板低速冲击试验与有限元分析

通过格构腹板增强复合材料泡沫夹层板的低速冲击试验,分析试件破坏形态及峰值撞击力。采用ANSYS/LS-DYNA对夹层板的低速冲击性能进行数值分析及试验验证,并通过有限元方法研究纵向格构腹板间距、横向格构腹板间距、面板厚度及芯材高度对峰值撞击力的影响。结果表明:设置格构腹板能减轻试件破坏程度,提高夹层板抗冲击能力。峰值撞击力会随着纵向格构腹板间距、横向格构腹板间距、芯材高度的减小而增大,而面板厚度对峰值撞击力的影响较小。     

填充聚氨酯泡沫蜂窝纸板缓冲性能试验

为了研究复合缓冲材料的缓冲防震性能,将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行落锤冲击试验和静态压缩试验。通过试验数据和应力-应变曲线,分析了该复合材料在静态和低速冲击条件下表现的力学行为,进而对其静、动态缓冲吸能性能进行对比研究。结果表明:蜂窝纸板材料的静态、动态吸能量均随孔径的增大而增大,动态吸能量增大的幅值更明显;复合材料的吸能量随蜂窝纸板孔径增大而增大,随纸板厚度增大而减小;复合后的材料较蜂窝纸板材料静、动态缓冲性能和吸能量都有了较大的提高。     

核心单元开孔对新型铝合金内芯屈曲约束支撑性能影响分析

目的提出一种新型铝合金内芯屈曲约束支撑(PALB),研究核心板开孔对PALB耗能性能的影响.方法采用ABAQUS有限元软件对4组20个PALB构件进行滞回耗能分析,通过对比各构件的滞回曲线、骨架曲线、耗能系数等,分析构件在核心单元开孔形状、横向开孔率、纵向开孔率、开孔排数等因素下的耗能性能.结果核心单元开长条形孔时,支撑可以获得较好的耗能能力及变形特征;支撑耗能随着核心单元横向开孔率的减小而提高;当核心单元纵向开孔率在20%～50%时,支撑耗能随着核心单元纵向开孔率的增加而提高;支撑核心单元横向开双排孔相比开单排孔性能略有提高;核心单元纵向开孔数在5～9时,支撑耗能性能最佳.结论核心板开孔不仅可以降低支撑端部因应力集中而破坏的风险,而且更有利于支撑耗能性能的发挥.     

基于DDAM方法的舰艇导弹发射装置冲击仿真

舰船设备抗冲击性能是评价舰艇生命力的重要因素之一.应用美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法(DDAM),考核舰船甲板设备四联装导弹发射装置的抗冲击性能.通过模态理论分析,导出DDAM方法中的重要概念模态质量.仿真结果表明,四联装导弹发射设备横向冲击位移响应最大,纵向冲击mises应力最大,并超出材料许用应力范围,抗冲击性能不能满足舰船设备抗冲击考核要求.垂向抗冲击性能和纵向抗冲击性能达到舰船设备抗冲击考核要求.     

形内自相似层级类蜂窝面外冲击特性研究

为提高传统六边形蜂窝结构的抗冲击特性,基于仿生学原理,考虑层级因子的影响,在六边形蜂窝基础上提出了一种形内自相似层级类蜂窝结构。以比吸能（SEA）、初始峰值力（PCF）、载荷效率（CFE）为冲击特性评价指标,根据简化的超折叠单元理论建立一种理论模型,对类蜂窝结构的冲击特性指标进行预测,在此理论模型基础上,研究了胞元壁厚t、胞壁长度l以及胞元数目n对类蜂窝结构面外冲击平均压缩反力和比吸能的影响。结果表明,在等相对密度条件下,比吸能及载荷效率随着层级的升高而提升,其中,在10 m/s冲击速度作用下,一级蜂窝和二级蜂窝的载荷效率相比于零级蜂窝分别提升21%和40%,比吸能分别提升11%和28%;在等壁厚条件下,随着层级的提升,初始峰值力明显提高,但是比吸能及载荷效率的提升更为显著,在10 m/s冲击速度作用下,一级蜂窝和二级蜂窝的载荷效率相比于零级蜂窝分别提升77%和115%,比吸能分别提升72%和116%。所提理论模型能有效预测类蜂窝结构能量吸收性能参数,可为蜂窝结构冲击动力学研究提供理论参考。     

水下爆炸冲击载荷下液气缓冲器抗冲特性分析

概述了新型液气缓冲器的基本结构和运动过程. 基于动力学基本理论,建立了该缓冲器冲击输入与经缓冲后的冲击输出两者之间的数学模型. 通过Matlab数值仿真计算,研究了气室高度、油腔截面面积、伸进阻尼孔面积、伸张阻尼孔面积等参数对该型缓冲器抗冲击性能的影响,得出了各参数对抗冲击特性的影响规律.     

腹板对复合材料夹层梁抗扭性能影响分析

应用有限元分析软件ANSYS,对腹板增强型复合材料夹层梁扭转力学性能进行研究.建立夹层梁物理模型,分析纵、横向腹板对夹层梁扭转力学性能的增强作用,考察腹板间距及厚度对夹层梁扭转角的影响,并对2种腹板的增强作用进行对比.结果显示:纵向和横向腹板均能提高夹层梁抗扭转性能,其中纵向腹板间距及横向腹板厚度对夹层梁扭转力学性能有着明显的影响.总体上纵向腹板的增强效果要比横向腹板好.     

开圆孔波纹腹板钢梁弹性抗剪屈曲

进行了开有圆孔的波纹腹板钢梁腹板的弹性抗剪屈曲研究.建立了有限元模型,通过特征值屈曲分析得到弹性屈曲荷载.探讨了开孔腹板弹性屈曲应力与孔径大小、腹板高度、腹板厚度、开孔的横向偏心以及纵向偏心的关系.在已有的未开孔波纹腹板受剪屈曲承载力计算公式的基础上,通过大量的有限元数值计算,分析了各参数的影响,以折减系数的形式得到开孔后的弹性抗剪屈曲承载力计算公式.     

不同单胞形貌和承载方向下蜂窝结构吸能特性及防冲能力评估

为研究单胞形状和承载方向对蜂窝结构力学性能及失稳模式的影响,采用增材制造技术制备了不同蜂窝结构并进行了试验与动态仿真模拟。结果表明:蜂窝结构应力曲线呈四阶段变化趋势;单胞对角承载的六边形蜂窝结构拥有最高的平台应力以及总应变能密度;单胞的坍塌主要原因在于单胞的剪切变形,四边形蜂窝单胞在剪切变形同时胞壁发生严重的屈曲失稳;整体蜂窝结构的失稳模式为基于斜向或横向初始变形带的两类逐层坍塌模式;在大尺寸蜂窝结构仿真模拟中其防冲能力得到了评估,结构吸能值能达10⁵J,满足吸能防冲器要求。所得结论能为液压支架防冲吸能器的设计提供理论依据。     

基体材料对蜂窝结构抗爆炸冲击性能的影响分析

为了研究不同结构形式的蜂窝芯层的基体材料对其防护性能的影响,通过Hypermesh软件建立了爆炸冲击载荷下的仿真分析模型,比较了不同基体材料下蜂窝结构背板吸能占比、背板的动能特性以及面板背板的最大变形量,通过三者的加权评估,找到了不同结构形式下的蜂窝芯层最优基体材料。研究结果表明:面内蜂窝结构下,基体材料H14抗爆炸性能最优。异面蜂窝结构下,基体材料Q235的抗爆炸性能最优。     

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透试验与失效机理

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透损伤的失效机理,对具有3层平面编织复合材料面板的蜂窝夹层板试验件进行了多种能量的冲击试验.并在考虑了面板材料的渐进失效以及面内剪切非线性应力应变关系基础上,运用LS-DYNA有限元分析软件建立了夹层板的数值模型,用以分析失效过程.结果 表明,数值模拟结果与试验结果一致.上面板穿透或整体贯穿时面板均呈花瓣状裂开,前者蜂窝以压溃损伤为主,后者则额外产生蜂窝芯体与下面板间的界面脱粘以及蜂窝壁的断裂损伤.无面板穿透时,冲击接触力将保持纤维断裂损伤阈值力大小直至冲头回弹;面板穿透则使冲击区域刚度下降,接触力随之下降,其中板整体贯穿时接触力会出现两个峰值.薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透过程中的主要能量耗散在复合材料面板的纤维拉伸断裂,蜂窝的压溃和断裂过程也消耗部分能量.     

多芯片双面PCB的热应力分析

运用隔热材料和复合材料的计算公式,采用三维有限元方法,计算了单芯片组和多芯片组集成电路板的温度场和热应力场。数值模拟结果显示,芯片组与印刷电路板之间存在较大的剪应力,这可能是芯片剥离的原因之一。芯片位置对电路板的温度场和热应力场分布影响很大。合理地布置各芯片,可有效降低电路板的温度极值和应力极值。     

类方形蜂窝夹芯结构力学性能研究

为了证明类方形蜂窝结构与六边形蜂窝结构之间的关系,将类方形蜂窝夹芯结构分解为特有的T字形胞元,应用Euler梁原理和能量法分别推导了T字形胞元模型的等效弹性常数公式。同时,在用经典方法推导的六边形蜂窝夹芯的等效弹性常数公式中,代入了类方形蜂窝结构的特征参数,得到了与前述2种方法相同的结果,证明了类方形蜂窝是六边形蜂窝的演变体,指出了这2个经典蜂窝公式存在的局限性和应用范围,由类方形蜂窝的结构特征,发现经典蜂窝理论公式在特征角等于零或零附近的值是奇异和不准确的。研究结果对蜂窝结构力学性能相关理论的后续研究和完善有着重要的参考价值。     

FSAE赛车吸能器试验研究

为了满足FSAE2009赛事规则要求,必须为赛车设计合适的吸能器.由于蜂窝铝是一种优良的高强度、吸能性强的轻质材料,XMUT 2009方程式赛车采用蜂窝铝芯作为碰撞吸能器.通过赛车正面碰撞试验对碰撞加速度和动能吸收进行研究,表明XMUT 2009方程式赛车装备的吸能器符合赛事规则要求,将在碰撞过程中为赛车手提供有效保护.     

热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为

夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控制落锤下落高度实现不同冲击能量对结构低速冲击响应的影响;并在相同的冲击能量下,研究了蜂窝夹芯结构芯层高度和芯层层数对结构抗冲击性能的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了蜂窝夹芯板的低速冲击模型与试验结果进行对比,通过对获得的载荷时间曲线和结构失效模式的分析,发现结构的损伤以上面板的凹陷和芯层的压溃为主,在面板未发生穿透的情况下结构会发生大幅度回弹。     

Mechanical properties of a novel,lightweight structure inspired by beetle’s elytra

A new kind of bio-inspired, lightweight struc- ture was designed and built from carbon fibre prepreg based on the cross-sectional microstructure of a beetle＇s elytra. The compression strength and failure process of the resulting structure was analysed using the finite element method; while at the same time, a quasi-static compression experiment was performed using an electronic universal testing machine to verify the effectiveness and accuracy of this finite element method. This bioinspired structure was compared against a conventional honeycomb structure using FEM, revealing that for a given porosity and load parallel to the axis of the core tubes the respective compressive and specific compressive strengths of the bio- inspired structure are much higher at 84.3 MPa and 194.7 MPa/（g cm^-3）; thus demonstrating that this bioinspired structure has superior compressive capability.