蜂窝夹层复合材料小质量冲击接触力的分析

研制了多角度小质量冲击试验机,可对蜂窝夹层复合材料进行不同角度、不同冲击能量的冲击。使用冲击加速度传感器测量冲击接触力。在已有仿真模型的基础上,使用降低面板抗弯刚度的方法来模拟分层损伤的产生,从而预测分层发生后的冲击接触力。实验结果表明,仿真得到的冲击力与前者吻合较好。通过仿真分析夹层板参数对冲击力的影响,发现面板的等效抗弯刚度和芯材的压缩强度对冲击周期和最大冲击接触力具有较大的影响,而芯材的厚度和模量则对冲击周期和冲击接触力的影响较小。     

破片群作用下复合材料结构损伤特性及抢修需求分析

对战斗部破片群作用下复合材料结构损伤规律进行了试验研究。以实际飞机复合材料部件为研究对象,开展了层压板、层压板加筋结构的战斗部地面静爆试验,采用无损检测方法对复合材料在高速冲击下的真实损伤情况进行了检测分析。检测结果表明,遭受单个破片高速冲击的层压板结构的主要损伤形式为破孔+周边分层+表面纤维撕裂,破孔尺寸与弹片尺寸相当,周边分层扩展面积约为破孔面积的1.13~5.00倍。最后,结合修理需求和强度分析结果,提出了修复建议。同样的冲击条件下,层压板结构剩余强度下降比加筋壁板结构的更明显,但从服役的角度看,可能会出现加筋壁板结构剩余承载能力低于极限强度,而层压板结构可采取不修或简单贴补等恢复结构完整性后继续使用的现象。     

基于加速度测量的仪器化冲击试验方法研究

为研究摆杆在材料冲击过程的动态响应特性及摆杆的振动对测试结果的影响,本文利用虚拟仪器技术构建了一个仪器化冲击测试系统,将加速度传感器用于仪器化冲击试验。试验结果表明,将加速度传感器用于仪器化冲击试验所得的特征曲线与传统仪器化冲击试验特征曲线一致,用加速度传感器测出的数据计算出的冲击功与试验机表盘读数吻合,因此将加速度传感器用于仪器化冲击试验是可行的。通过测量试验中冲击试验机摆锤的加速度,分析材料的冲击性能与摆锤振动特性的关系。运用欧拉-伯努利梁理论对摆杆进行横向固有频率分析和对试验中加速度信号进行功率谱密度分析,得到摆杆在冲击载荷作用下的动态响应与材料的韧脆性之间的关系。研究结果表明,冲击功中的裂纹扩展功反映材料的韧脆性,冲击功中的裂纹扩展功越大,材料的韧性越好;材料韧性越好,摆杆的振动低频所占的能量就越高。     

复合材料结构侧向高速弹丸冲击研究

通过高速弹丸冲击试验研究复合材料层压板侧向冲击的损伤,利用有限元方法建立碳纤维增强树环氧基复合材料的三维冲击失效模型,研究计算高速弹丸侧向冲击载荷下复合材料的失效过程.对比模拟结果与试验结果,发现两者吻合较好.研究发现侧向冲击损伤区域呈半圆状并且上下对称,侧向冲击损伤区域远大于面内冲击损伤区域,损伤模式主要表现为基体的开裂和基体的分层.研究采用的三维Hashin损伤判据与界面单元联合仿真的方法可得到与试验吻合的计算结果.     

蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度

蜂窝夹芯板因其较好的吸能效果得到广泛应用。蜂窝夹芯板在服役期间常会受到多次冲击,受损蜂窝夹芯板的剩余强度为其能否继续服役提供有效的参考。为研究蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后蜂窝夹芯板的剩余强度,对蜂窝夹芯板同一位置进行不同能量、不同频次冲击的实验研究,实验表明,相同冲击总能量下,单次高能量冲击比多次低能量冲击所产生的损伤大。采用ABAQUS软件对冲击实验进行仿真计算,将计算结果与实验结果进行对比,结果表明,仿真计算的接触力最大值与实验的接触力最大值较为接近。对含损伤的蜂窝夹芯板进行了压缩剩余强度实验,结合数字图像相关方法同时对蜂窝板两侧凹坑附近的应变进行测量,结果表明,单次高能量冲击的剩余强度比多次低能量冲击的剩余强度低,在压缩过程中,凹坑处应变变化较明显,远离凹坑处的应变变化较小。     

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.     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

冲击荷载下煤岩损伤演化规律

冲击荷载下煤岩损伤演化规律的认识对动力学灾害防控至关重要。为了得到煤岩在冲击荷载下的损伤演化特征,通过开展冲击试验,运用超声波检测装置和声发射仪器分别测量冲击前后煤样的波速变化与冲击过程的声发射特征,用波速和声发射的变化反映煤样内部损伤特征。结果表明:冲击荷载的作用次数、单次冲击能量的大小和施加顺序均会对煤样内部损伤演化造成影响;煤样内部损伤随冲击次数增加呈幂函数增长,与单次冲击能量呈线性增长;冲击能量由大到小进行施加更容易使煤样发生破坏。煤样内部损伤变化越剧烈,声发射信号特征越明显。用波速表征的煤样内部损伤变化与声发射在每个阶段监测到的事件数和能率变化有较好的一致性。这为矿井开采动力灾害预报与控制提供了科学依据。     

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.     

TiNi形状记忆合金低速冲击响应行为的研究

利用单摆冲击试验设备,对TiNi合金不同冲击能量及温度条件下的冲击响应行为进行了研究.冲击过程中的接触载荷由压力传感器及数字信号处理系统实时测量.根据接触载荷数据,可计算得到接触载荷与样品表面变形的关系.结果表明,同一冲击高度时,随温度升高马氏体TiNi合金的最大接触载荷增加,而接触时间降低;母相TiNi合金的最大接触载荷随冲击高度的增加会出现载荷平台段即伪弹变形段,处于平台段时母相TiNi合金吸收冲击能量,且不产生不可恢复的塑性变形,最大接触载荷降低,从而可减轻材料损伤.     

TiNi形状记忆合金低速冲击响应行为的研究

利用单摆冲击试验设备，对TiNi合金不同冲击能量及温度条件下的冲击响应行为进行了研究。冲击过程中的接触载荷由压力传感器及数字信号处理系统实时测量。根据接触载荷数据，可计算得到接触载荷与样品表面变形的关系。结果表明，同一冲击高度时，随温度升高马氏体TiNi合金的最大接触载荷增加，而接触时问降低；母相TiNi合金的最大接触载荷随冲击高度的增加会出现载荷平台段即伪弹变形段，处于平台段时母相TiNi合金吸收冲击能量，且不产生不可恢复的塑性变形，最大接触载荷降低，从而可减轻材料损伤。     

撞击物对复合材料层合板冲击损伤特性的影响

针对一种采用预浸料成型工艺制备的复合材料层合板,开展不同撞击物作用下复合材料层合板低能量冲击损伤特性研究. 通过对比相同冲击能量（60 J）下,钢球、铝球和聚合物球撞击复合材料层合板的落锤/气炮冲击试验结果和冲击后含损伤结构的压缩试验结果,研究了不同撞击因素对复合材料低能量冲击损伤面积和剩余压缩强度的影响. 结果表明,相同冲击能量下,同种材质撞击物（不同质量）以不同速度冲击复合材料层合板的损伤特性相似;而不同材质撞击物（不同弹性模量和泊松比）得到的结果差异显著. 结合赫兹接触理论,初步解释了撞击物弹性性能影响接触刚度和冲击损伤程度的规律.      

汽车保险杠碰撞的数值模拟

根据保险杠低速碰撞试验规范的要求,应用ANSYS/LS-DYNA软件进行汽车保险杠碰撞数值模拟仿真,得到变形、速度、加速度、碰撞力等特征参数,低速碰撞仿真中获得的这些参数可以作为保险杠结构设计的参考依据．利用台车进行保险杠的低速碰撞试验,对仿真结果与试验结果之间存在的误差进行分析,仿真和试验结果都表明简易型保险杠在低速碰撞过程不能充分发挥其缓冲吸能作用并且发生压渍失效,而改进设计后的缓冲吸能式保险杠具有较好的吸能特性和耐撞性能,在发生低速碰撞冲击时能很好地起到保护汽车其他元件的作用。     

屈曲式微加速度开关设计与分析

根据弹性梁的大挠度后屈曲理论，建立了多力耦合作用下加速度开关系统的动力学模型，由此设计了一种新型屈曲式微机械加速度开关．该开关采用倾斜微梁支撑敏感质量块，将两折叠梁固定于质量块的上下表面，从而保证了开关动作的方向性．利用弹性线方法计算了倾斜支撑梁结构大挠度后屈曲的非线性刚度，分析了气膜阻尼力和触点接触力对系统性能的影响，并运用数值方法对含有椭圆积分的强非线性系统进行了动态特性分析．仿真结果表明，所设计的开关响应时间低于6ms，不稳定接触时间小于0．02ms，在闭合状态下触点的接触力大于50mN，与其他类型开关相比，它具有良好的闽值特性和接触可靠性，因此在惯性控制系统中具有广泛的应用前景．     

平摆动复合振动筛的动态仿真分析

为详细了解筛网在空间中的运动轨迹,根据曲柄摇杆与凸轮机构工作原理,推导出平摆动复合振动筛筛网在空间中的位移方程, 基于实体建模技术和虚拟样机技术对筛网上任意点进行了运动轨迹分析,对质心点进行了速度、加速度、角速度、角加速度仿真分析。结果发现,此振动筛筛网上从入料口至出料口各点的运动轨迹为类似椭圆形状,长轴位置呈现逆时针旋转;在水平方向的最大振幅逐渐减小,竖直方向上的最大振幅先减小后增大;质心点位置受水平往复力较大,可有效防止卡塞现象,垂直方向往复力较小,增加物料与筛面接触时间,提高了筛分效率。     

考虑横向剪切效应的竹材层合板弯曲变形

用层梁经典理论,一阶剪切变形理论以及有限单元法分别计算了竹材层合板梁的弯曲变形,为验证理论分析与数值计算结果是否合理,对实际结构变形进行了测定。结果显示,竹材层合板梁在跨高比较小时具有十分显的的横向剪切交 ,一阶剪切变形理论与有限单元法均能足够精确地反映含有剪切效应的梁的弯曲变形,横向剪切效应很小时,经典理论的解与实际情况的符合程序优于一阶剪切变形理论。     

正面碰撞中乘员及约束系统运动响应的计算

运用PAM -SAFE系列软件对正面碰撞的人体在约束系统作用下的运动响应进行仿真 ,建立了包括安全带系统、气囊、仪表板、座椅、人体等完整的约束系统模型 ,并将仿真结果与试验数据进行验证 ,表明该仿真达到了较高的精度 .另外 ,提出了影响模拟精度的 2个值得注意的问题 :人体上肢与车舱内部件碰撞接触和模拟计算输入的车舱内部空间减速度曲线 ,并证实了B柱减速度曲线替代车舱内部空间减速度曲线的可行性 .     

复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤研究

复合材料层合结构是飞机的主要受力构件,研究其冲击响应及分层损伤非常重要。针对5 mm厚40层铺层的层合板分别进行15 J、30 J、45 J的落锤实验,研究低能量冲击的动力响应。然后进行超声C扫描检测获得各界面的分层损伤情况,以分析分层损伤在面内及厚度方向上的分布特性,并在此基础上研究损伤的形成机理,对分层的分布特性进行解释。据此,可对层合板界面分层损伤进行预测,使其得以在实际工程中评估剩余强度以保证构件安全,同时也将有助于层合板的结构优化设计。