泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏模式分析

为了提高波纹夹芯结构作为高铁车厢或油罐车罐体容器外壳在面内压缩载荷下的结构稳定性,提出了在波纹芯体空隙中填充聚酯泡沫的设想,理论研究了泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏行为,同时对面内压缩破坏进行了数值有限元验证。泡沫填充波纹夹芯梁面内压缩下的主要破坏模式为宏观弹塑性屈曲、面板弹塑性起皱2种模式。结合宏观尺度上芯体的均匀化等效弹性常数,建立宏观屈曲破坏的理论模型;将泡沫等效为Winkler弹性基,建立面板起皱破坏的理论模型。对304不锈钢波纹夹芯板和Rohacell 51泡沫填充材料,构建结构的破坏模式图,有限元计算结果从破坏模式和临界载荷2个方面验证了理论预测的可靠性。在此基础上,对泡沫填充波纹夹芯结构进行质量最小优化设计,获得结构的最优化几何尺寸。综合考虑承载、能量吸收、减振、隔热等多功能特性,相较于空心波纹夹芯结构和金字塔点阵夹芯结构,泡沫填充波纹复合结构具有潜在的重要工程应用价值。     

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。     

金属拱形波纹屋面计算常数的等效计算

对金属拱形波纹屋面在考虑波纹效应时的计算常数进行了等效计算,并根据蒙皮结构的受力机理分析和推导了各弹性常数的修正值.     

芯材厚度及胞孔结构对闭孔泡沫铝三明治梁弯曲性能的影响

采用三点弯曲加载方式对闭孔泡沫铝和铝板胶合成的三明治梁力学性能进行了实验研究.通过实验分析不同的芯材厚度、弯曲加载跨距以及胞孔形状对三明治梁极限承载力以及结构失效模式的影响.结果表明:三明治梁的抗弯极限承载能力随着芯材厚度的增加而增加;结构的失效模式与加载跨距及芯材的厚度有关,失效模式主要有压痕、芯材与面板断裂、面板皱褶及脱黏等形式;规则形状的胞孔芯材与不规则形状的胞孔芯材构成的同样尺寸的三明治梁相比:前者的极限承载力更大,能量吸收能力更高.     

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力学性能有明显的影响,随着冲击速度的增加,夹芯梁的冲击承载力逐渐增加,但冲击速度较大时复合夹芯梁会表现出一定脆性破坏,导致吸能能力降低。随着夹芯梁芯层厚度的增加,冲击承载力与吸能能力逐渐增加。与传统夹芯板和纯泡沫铝梁相比,其冲击承载力和吸能能力明显提高,说明这种泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁具有良好的动态力学性能。     

纤维增强复合材料U型夹层板的弯曲性能

通过泡桐木芯材和纤维增强复合材料(FRP)面板厚度不同的9组复合材料U型夹层板构件的3点弯曲性能试验,分析该类型组合板的弯曲性能、变形性能和破坏模式。研究表明:在截面高度、宽度、翼缘板与腹板夹角相同的情况下,随着芯材厚度和FRP面板厚度的增加,复合材料U型夹层板的抗弯、抗剪能力相应提高。将试验得到的变形值与Timoshenko梁方程计算值对比,发现在弹性范围内U型夹层板弯曲变形值与计算值较为吻合。     

卫星夹层结构夹芯层力学性能分析与数值模拟

由于高强、质轻的特点,夹层结构材料在工程领域得到了广泛的应用.本文对卫星夹层结构所采用的蜂窝夹芯进行力学性能分析,推导出六边形蜂窝夹芯结构的等效弹性常数;并选取某型号卫星蜂窝夹芯结构,对其进行数值模拟研究.通过对比理论计算和数值模拟结果,验证了等效弹性参数公式的正确性,可作为卫星蜂窝夹芯结构的优化设计的理论依据.     

超轻多孔类蜂窝夹心结构创新构型及其力学性能

通过优化排列六边形和四边形夹心胞元,以六边形和四边形的组合设计胞元结构,提出了类蜂窝夹层结构的概念并对其进行了创新构型;基于Gibson提出的胞元理论,建立了类蜂窝夹心结构力学等效模型,并推导出了等效模型的等效弹性常数公式。以卫星结构的蜂窝夹层板作为应用实例,对类蜂窝和正六边形蜂窝夹心结构的等效力学常数进行了计算对比,结果表明:两者的等效弹性模量近似相等,然而类蜂窝夹心结构的等效剪切模量却有较大提高,同时等效密度更小,可有效减小结构的质量。对卫星结构类蜂窝夹心结构进行了数值模拟研究,验证了类蜂窝夹心结构力学等效模型的正确性。     

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.     

基于能量法不同壁厚类蜂窝共面力学性能研究

基于三明治蜂窝夹层板理论,运用能量法对等壁厚和双壁厚类蜂窝夹芯结构的共面等效力学特性进行研究,推导类蜂窝夹芯结构的共面等效弹性常数的计算公式,同时通过实例对比分析等壁厚与双壁厚类蜂窝夹芯的共面等效弹性参数.研究结果表明:运用采用能量法与改进Gibson公式得到的共面等效弹性常数的计算公式结果一致,进一步验证了类蜂窝胞元等效模型的正确性,以及能量法推导过程的合理性;同时从不同壁厚类蜂窝力学特性对比中可以看出,随胞元壁厚与胞元边长之比逐渐增大,等壁厚与双壁厚类蜂窝的共面等效弹性参数差别也越来越大,该结论为进一步研究由不同壁厚蜂窝夹芯构成的蜂窝夹层结构的整体力学性能提供了参考.     

密肋复合墙体复合材料等效弹性板模型研究

密肋复合墙体是建筑结构新体系密肋壁板结构的主要受力构件.提出用复合材料理论对密肋复合墙体的弹性阶段进行结构分析.以Mori-Tanaka的方法为基础,建立了适用于密肋复合墙体的等效弹性板模型,并利用弹性力学对各向异性等效弹性板的抗侧刚度进行了推导.该方法考虑了肋梁、肋柱以及砌块的泊松比对弹性常数的影响及板的各向异性对整体弹性抗侧刚度的影响.结合试验资料对模型进行了验证,结果表明所建立的复合材料等效弹性板模型及其抗侧刚度推导是可行的.     

泡沫铝夹芯板抗侵彻性能的数值研究

应用LS-DYNA 3D有限元软件数值研究了固支泡沫铝夹芯方板的抗侵彻性能。分析了面板厚度、芯层厚度、芯层相对密度及不同子弹形状对夹芯板抗侵彻性能的影响,以及不同撞击速度下夹芯板各组成部分的能量耗散机制。研究结果表明,增加面板厚度、芯层厚度或芯层密度均能有效提高夹芯板的抗侵彻能力;泡沫铝夹芯板抵抗锥形弹侵彻的能力最弱;在研究范围内面板吸收了绝大多数冲击能。研究结果对泡沫金属夹芯结构的工程应用有一定的参考价值。     

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。     

爆炸载荷作用下波纹夹芯板动力响应的数值模拟

运用AUTODYN对波纹夹芯板在爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟。建立了包括炸药、空气、夹芯板结构及支座在内的三维有限元计算模型,分析了爆炸载荷作用下冲击波与结构的流固耦合过程以及波纹夹芯板的动力响应过程,研究了面板、芯层的厚度和屈服强度对夹芯板挠度和能量吸收的影响。数值模拟表明:波纹板在爆炸载荷作用下的动力响应可以分为冲击波与结构的流固耦合阶段、芯层的压缩以及板的整体动力响应等3个阶段;由于波纹芯层在垂直于波纹的方向上其抗弯刚度较大,在结构平行于波纹的边界处更容易受载荷作用而出现褶皱现象;随着面板、芯层壁厚及屈服强度的增大,后面板的最大挠度和夹芯板的整体吸能也随之减小。实际应用中需对芯层、面板的厚度及屈服强度进行合理的设计,使结构既经济又能满足服役环境。     

杆件缺失位置对点阵夹芯结构固有频率的影响规律

分析了芯层不同位置的杆件缺失时,点阵夹芯梁固有频率的变化情况.分别使夹芯梁沿着长度方向缺失一个、两个、四个单胞所含的杆件,然后在缺失杆件数量不变的情况下改变缺失杆件的位置,进而利用有限元软件计算结构的固有频率.研究显示,三种情况下梁的固有频率变化规律较为相似,随着缺失杆件与固支端距离的增加,第一阶固有频率呈现先减小后增...     

高层复合墙板结构体系地震反应分析

为把混凝土灌芯纤维增强石膏板应用到高层结构中,选定了墙板厚度类型,并采用材料力学的方法把其简化为正交各项异性板,获得其等效弹性常数,引用Hill屈服准则来建立其本构关系．采用振型分解反应谱法和时程分析法对基于此板型的复合墙板结构体系的高层结构进行弹性和弹塑性分析,计算表明此结构具有足够的刚度和抗侧移能力．并将复合墙板结构与钢筋混凝土剪力墙结构的动力反应特性进行了比较,结果表明复合墙板结构具有优于钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能．     

蜂窝夹芯减振板结构设计的力学参数计算

从力学性能和减振性两方面分析了用瞬间液相扩散复合法得到的蜂窝板的蜂窝结构,确定了面板厚度、芯材厚度、蜂窝格边长、蜂窝格壁厚4个结构参数作为设计变量,以剪切强度、弯曲强度、抗弯刚度、临界屈曲载荷、固有频率、质量6个性能参数为目标函数进行优化,并对优化结果进行了实验研究. 结果表明,优化设计的蜂窝板的力学性能及减振性能优于对比板,实验值与计算值基本相符.     

HPFL加固受火RC梁刚度及挠度研究

结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋力学性能的研究,分别采用三台阶模型和二台阶模型对火灾后混凝土和钢筋的弹性模量进行简化计算.根据简化计算模型和等效弹性模量法,对受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量进行等效,得到受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量.根据有效惯性矩法,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁开裂前和开裂后的截面进行等效换算,将受拉区钢筋和全截面的高性能复合砂浆钢筋网换算成弹性模量为混凝土弹性模量的换算截面.在考虑剪切变形影响的前提下,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁的截面刚度和挠度进行理论推导,并结合实验数据验证理论公式的合理性.分析结果表明,推导所得的计算公式与试验数据基本吻合.     

纵弯振动换能器共振特性及有限元仿真

利用夹心式换能器的设计理论,将纵振换能器与薄圆盘作为整体进行分析,做出复合换能器的等效电路图,推导圆盘弯振的等效弹性常数的通式,进而得到复合换能器的共振频率方程.按给定的换能器尺寸,利用计算机计算出了其各阶共振频率.并与单独振动体的频率间距作以比较,发现通过两种振动模态的耦合,大大拉近了各阶振动频率峰值的间距.利用ANSYS模拟实验进行了验证.     

热弹性结构阻尼对微谐振器品质因子的影响

为研究环境温度对微谐振器固有频率和品质因子的影响,采用有限元分析的方法研究了温度对单根微梁和微谐振器固有频率的影响,发现温度对弹性模量的软化作用对固有频率有很大的影响,应综合考虑温度应力和弹性模量软化对固有频率的影响;提出了推导微谐振器等效热弹性结构阻尼的力学模型,通过对支撑梁侧板的巧妙处理导出了微谐振器热弹性阻尼系数与单根微梁的热弹性阻尼系数关系式,为利用Zener标准模型来计算微谐振器的热弹性阻尼及品质因子提供了可能;将有限元分析结果与解析分析方法结合研究了环境温度对微谐振器品质因子的影响规律.