空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁冲击性能实验研究

为了提高油罐车罐体在冲击载荷下的强度和耐撞性,提出了两种三明治结构:空心和PMI泡沫填充率波纹夹心结构,来代替传统的均质结构,通过泡沫块冲击实验,对两种构型的三明治夹芯梁的冲击性能进行了研究。通过高速摄影观察了夹芯梁的变形过程,得出了在不同冲击速度下同质量不同芯体结构的夹芯梁后面板所产生位移的时程曲线,考察了两种类型夹芯梁在冲击载荷下的后面板中点位移及各自的变形特点。实验结果表明:空心波纹夹芯梁在速度较高的冲击载荷作用下,前面板在冲击区域发生撕裂,波纹芯体发生较大幅度的压缩;相对于空心夹芯梁,PMI泡沫填充夹芯梁前面板的撕裂和芯体的压缩程度大幅减小,但后面板中点位移较空心夹芯梁更大。由于结构的撕裂在罐车的行进过程中容易扩展并至更严重的破坏,因而填充夹芯结构相对空心结构更具优势。     

含面芯脱粘缺陷复合材料夹芯梁屈曲失效研究

为研究面芯脱粘缺陷对复合材料夹层结构屈曲特性的影响,对含贯穿矩形面芯脱粘缺陷的复合材料夹芯梁进行了试验和仿真研究.轴向压缩试验发现:试件破坏模式为混合屈曲失效,承载过程可划分为轴向压缩、局部屈曲、混合屈曲和坍塌失效四个阶段.在试验基础上,基于Abaqus非线性弧长算法,对复合材料夹芯梁的极限载荷及后屈曲路径进行模拟.采用三维内聚力单元模拟预制脱粘缺陷,从破坏模式和极限载荷两个方面与试验结果进行对比,误差为6.51%,验证了数值计算方法的可靠性.有限元分析发现:随芯层模量增加,极限荷载先非线性增长后线性增长;当缺陷因子为0.052时,极限荷载为完整结构的80%,为确保结构的承载特性,应在缺陷因子达到0.05前及时进行脱粘区域修补.     

双层波纹夹芯结构的弯曲性能

本文采用真空辅助成型(VARI)工艺制备了玻璃纤维增强树脂基复合材料双层波纹夹芯结构,通过试验研究其失效模式和弯曲性能。在试验过程中,双层波纹夹芯结构的失效模式为上面板最先发生开裂,随后中间面板的开裂导致试样最终失效。利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,将模拟与试验结果进行对比发现,试验与有限元模拟的失效模式对应良好,两者之间极限承载力的误差为10.14%,弯曲刚度的误差为9.98%。在此基础上,利用有限元方法探究波纹方向和角度对结构弯曲性能的影响,计算结果表明:纵向波纹相比横向波纹对结构弯曲刚度的影响更大,增大纵向波纹角度可以有效提高结构的弯曲刚度。此外,当纵向波纹置于压头一侧时,双层波纹夹芯结构的初始失效载荷和弯曲刚度分别提高了129.59%和25.09%。     

碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲特性分析

通过三点弯曲实验研究,得到了碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲性能以及破坏机理。并采用逐渐累积损伤方法对泡沫夹芯结构弯曲载荷进行了预测,结果发现:模拟与试验结果较吻合,弯曲载荷误差为6.31%。研究结果表明:有限元数值模拟能够准确地得到泡沫夹芯复合材料在压缩过程中的损伤扩展,并最终预测碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的最大破坏载荷和破坏趋势。     

泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁动态三点弯曲试验研究

通过三点弯曲冲击试验测试了泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁的动态力学性能,研究了这种复合夹芯梁的破坏形态、荷载-时间曲线和能量-时间曲线.分析了不同冲击速度和芯层厚度对冲击荷载和吸能量的影响,与传统蒙皮夹芯梁和纯泡沫铝梁进行了比较.结果表明,在试验设定的参数范围内,这种复合夹芯梁表现了较好的整体性.冲击速度和芯层厚度对其动态...     

泡沫铝夹芯梁结构的高温3点弯曲力学性能研究

实验研究了泡沫铝夹芯梁结构在不同温度下的3点弯曲力学性能.通过引入Gibson模型构建夹芯梁架构在3点弯曲作用下的失效模式图,并将失效模式图扩展到高温情况下,得到泡沫铝夹芯梁的初始失效模式图随温度的变化趋势.结果发现,其他因素不变,随着温度的升高,夹芯梁结构更容易发生面板屈服失效模式,芯层剪切模式涉及的范围被大大压缩.根据修正的Gibson模型预测的夹芯梁结构的极限载荷和实验结果所得极限载荷比较发现,芯层剪切模式分析结果和实验数据很好地吻合,说明泡沫铝夹芯梁的最终失效破坏主要是由于芯层剪切引起的.     

泡沫铝填充结构汽车车门防撞梁仿真

为提高汽车侧碰安全性,利用泡沫铝的吸能特性,将泡沫铝填充到汽车车门的防撞梁中,设计一种新型填充结构防撞梁以提高汽车在侧面碰撞中的吸能特性.首先,以Hypemesh为前处理器,以LS-DYNA为求解器对传统结构防撞梁及所设计的新型防撞梁组成的两种车门部件的碰撞特性分别进行仿真分析,得出两种车门部件与刚性柱侧碰时车门和防撞梁变形图、应力云图以及入侵速度-时间曲线.然后对仿真结果进行比较分析.结果表明,与传统结构防撞梁相比,泡沫铝填充结构防撞梁具有更高的吸能特性.     

复合材料格栅增强夹芯梁弯曲性能研究

为研究含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲性能,采用均质化方法对夹芯层等效弹性参数进行理论推导.结合平行移轴刚度理论、一阶剪切理论对含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲刚度、最大挠度进行理论分析;然后对夹芯梁的弯曲性能进行了研究,结果表明:夹芯梁的相对弯曲刚度、挠度与格栅芯材弹性模量比之间存在一次分式函数关系,所用格栅可使相对弯曲刚度提高21.5%,相对挠度下降19.5%;当夹芯层与蒙皮厚度较小时,格栅对夹芯梁的相对弯曲刚度无明显提升;在相同条件下,格栅纵向分布比横向分布更利于夹芯梁提升刚度、降低挠度;当格栅纤维铺层角度在45°时,可使夹芯层弯曲刚度最大提升约21%,夹芯梁相对弯曲挠度下降约7%,而对夹芯梁相对弯曲刚度影响微小.     

组合型类蜂窝夹芯结构设计及面内力学性能研究

为提高蜂窝夹芯结构共面方向的承载性能,从仿生序构角度,提出一种组合型类蜂窝夹芯结构,并对其面内力学性能进行研究。首先,从深海鱼的骨骼结构中仿生设计出一种功能基元,并将该基元4个一组在空间组合成一个基本单元,再将此单元在水平和垂直方向上阵列得到一种四边形里嵌套八边形的组合型类蜂窝夹芯结构;然后,根据胞元理论将该结构进行简化,采用经典梁弯曲理论与胡克定律推导出其面内等效力学参数公式;采用压缩实验和数值模拟进行力学参数的对比验证,得到该结构面内等效弹性模量的实验值、仿真值与理论值之间的误差分别为13.68%和10.60%,验证了组合型类蜂窝夹芯结构面内等效力学参数的准确性。在相同等效密度下,将所设计的组合型类蜂窝夹芯结构和该课题组以前提出的“超轻多孔”类蜂窝夹芯结构进行等效力学性能对比实验,结果表明：所设计的组合型类蜂窝夹芯结构的面内等效弹性模量是类蜂窝夹芯结构的20倍左右,其刚度有显著提升,该研究成果为新型蜂窝结构创新设计提供了思路。     

圆形夹芯结构空心梁弯曲与自由振动分析

为解决圆形夹芯结构空心梁弯曲挠度及自振基频的求解问题。基于高阶剪切变形理论,根据圆形夹芯结构空心梁几何方程、静力平衡方程以及边界条件推导了梁挠曲线通用方程,得出了均布载荷作用下两端简支、一端简支一端固支、两端固支、悬臂这4种约束条件下的挠曲线方程。利用Galerkin原理,推导了这4种约束条件下的圆形夹芯结构空心梁自振基频表达式。运用相关算例讨论了高阶剪切变形理论求解圆形夹芯结构空心梁挠度和自振基频的计算精度,并分析了剪切变形和转动惯量的影响。研究结果表明：高阶剪切变形理论计算结果与有限元法计算结果基本一致,说明本方法在求解圆形夹芯结构空心梁弯曲和自由振动时具有较高的计算精度;随着跨径比的减小,剪切变形对圆形夹芯结构空心梁挠度和自振基频的影响均呈增大的趋势;在不同约束条件下,其影响效应也不一致。相对于剪切变形的影响,转动惯量对圆形夹芯结构空心梁自振基频的影响可忽略不计,但当跨径比小于或等于5时,应考虑转动惯量的影响。研究结果为求解夹芯空心梁挠度和自振基频问题提供了一种更为简便的方法,便于程式化和推广应用。     

拱形波纹钢屋盖结构的屈曲性能分析

拱形波纹钢屋盖结构由冷成型弧形槽型板组截面构件锁边咬合而成,其极限承载能力受多种因素的影响．并主要取决于其稳定承载性能．文中根据拱形波纹钢屋盖结构的成型特性和工作机理,在所建立的实体有限元计算模型中,采用能够反映结构特殊工作状态的边界约束条件．对结构在半跨和全跨竖向荷载作用下的屈曲模态以及其稳定承载能力等屈曲性能进行理论分析．理论计算结果表明．拱形波纹钢屋盖结构的屈曲性能不仅与结构几何尺寸有关,而且取决于截面的形状和荷载作用形式．计算结果与试验结果和按《拱型波纹钢屋盖结构技术规程(报批稿)》简化方法计算结果．分别进行比较分析．     

复合夹层梁动力响应的谱有限元解

基于复合夹层梁的基本运动方程 ,采用有限元的基本原理 ,以复合夹层梁的一维行波方程解作为形函数 ,在频域内采用谱有限元法求解复合夹层梁的动力响应 ;另外采用通用的有限元程序 ,通过修改弹性材料特性的输入 ,以考虑线性粘弹性材料的阻尼特性 ,同样进行了复合夹层梁的频响分析 .2种方法的计算结果对比表明 ,谱有限元法可以方便地考虑夹层线性粘弹性材料的频变特性 ,且所需单元少 ,计算准确可靠     

电流变弹性体夹层结构梁动力学特性分析

将电流变弹性体材料等效为粘弹性阻尼材料,运用夹层梁理论和广义Hamilton原理,建立了电流变弹性体夹层结构梁的动力学模型,并对其动力学特性进行仿真分析.仿真结果表明,随着外加电场强度的增加,电流变弹性体夹层结构梁的刚度和模态损耗因子得到提高,系统的振动也会减小;增加电流变弹性体夹层的厚度,能降低系统的固有频率,但同时...     

具有轴对称初始缺陷的正交各向异性夹层圆柱薄壳的非线性稳定性分析

对具有轴对称初始缺陷的正交各向异性表层夹层圆柱薄壳在轴压下的非线性稳定性进行了分析 ,导出了屈曲控制方程 ,求得了数值解 ,并对屈曲载荷、初始挠度、夹心模量、缺陷波数等主要参量之间的关系进行了讨论     

连续组合梁抗侧扭屈曲分析

钢-混凝土组合梁是一种优秀的结构形式,连续组合梁是常见的组合结构,它的负弯矩区段可能产生侧向失稳,从而降低承载力。文章通过计算分析,发现可以用支座负弯矩调幅和减小梁间距的办法,满足侧向稳定的要求。     

方钢管砼偏压柱压溃过程的数值模拟

在方钢管砼轴压短柱基本性能研究的基础上，将Ｋａｒｍａｎ提供的分析单一材料偏压柱的精确数值计算模式，推广到模拟方钢管砼组合截面偏压柱的压溃过程，数值计算得到的荷载─挠度（Ｎ－ｙｍ）全曲线与实测曲线符合良好．     

面内载荷作用下复合材料层合板的稳定优化分析

讨论了双向增强层合板在面内载荷作用下使屈曲载荷最大的铺层优化分析，从数 学上证明了在压缩及剪切载荷同时作用下使屈曲载荷最大的最优铺设结构必定是对称 铺设结构，并且无论其层数是多少其最优铺设角不会超过３个不同角度。同时，讨论 了材料刚度比变化对最优铺设角的影响。     

爆炸荷载作用下钢框架结构的连续性倒塌分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序研究爆炸荷载作用下钢框架结构的连续性倒塌机理,主要针对三层两跨钢框架结构进行分析,总结多层钢框架结构在不同工况条件下的倒塌规律.利用相关规范提出的拉结构件法对结构进行加强设计,验证了多层钢框架结构在多柱破坏情况下拉结构件法的有效性.多柱破坏时,可以通过合理拉结设计有效避免结构发生连续性倒塌,为实际工程中如何利用拉结构件法进行加强设计提供了理论参考.     

轴压作用下薄壁方钢管局部屈曲失稳的有限元分析

通过有限元模拟分析了轴压作用下薄壁方钢管的局部屈曲失稳形式．通过对一系列不同高宽比的方钢管模型的屈曲模态分析,研究了薄壁方钢管在轴压作用下发生局部屈曲失稳的规律．通过有限元模型分析,发现在轴向压力作用下,方钢管发生局部失稳破坏时,其临界荷载的大小主要受方钢管的宽厚比影响,而其高宽比对临界荷载的影响可以忽略不计．轴压作用下方钢管发生屈曲破坏时的屈曲系数非常接近于4,与四边简支的薄板在轴压作用下失稳的屈曲系数相同．这一结论对于薄壁方钢管在轴压作用下的屈曲分析具有参考价值．