轴向载荷下蜂窝填充薄壁锥管的吸能特性

基于数值仿真和台车冲击实验,研究轴向载荷下隔板、蜂窝填充对薄壁锥管变形模式、吸能性能的影响。考虑填充蜂窝尺寸影响,提出蜂窝分段均匀填充结构和梯度蜂窝填充结构2种改进方案,并分析其吸能特性。研究结果表明:在轴向载荷下,薄壁锥管、加隔板锥管、蜂窝填充带隔板锥管这3种结构的吸能量分别为73.2,133.2和221.0 kJ;隔板的增加使薄壁管的吸能量增加82.0%,填充蜂窝和隔板的增加使薄壁管的吸能量增加201.9%;由于蜂窝与薄壁管的相互影响,与原始蜂窝填充吸能结构相比,改进结构C1和C2在轴向冲击下的吸能量分别提高21.1%和24.3%;隔板与蜂窝的共同作用可以提高薄壁锥管的吸能量,同时变形更加稳定、有序可控。     

不同冲击工况下蜂窝填充薄壁结构的耐撞性能

提出了一种方形蜂窝填充薄壁复合结构,并采用实验研究与数值分析的方法研究了12种冲击工况下蜂窝填充薄壁结构与相应的非填充(薄壁空管)结构的耐撞性能.同时,结合Kriging近似技术与小种群遗传算法对蜂窝填充薄壁结构开展数值优化设计.结果表明,在各种冲击工况下,蜂窝填充薄壁结构吸收的能量都高于薄壁空管结构,且冲击的角度和速度对蜂窝填充薄壁结构吸能性能影响显著.在相同的冲击速度下,蜂窝填充薄壁结构吸收的能量随着冲击角度的增大而降低;在相同的冲击角度下,蜂窝填充薄壁结构吸收的能量随着冲击速度的增大而提高.对Kriging近似技术与小种群遗传算法优化所得蜂窝填充薄壁结构进行最优参数匹配,能够改善蜂窝填充薄壁结构的吸能性能.     

侧向冲击载荷下金属薄壁圆管内填充泡沫铝的吸能特性研究

运用有限元软件Ls-dyna对泡沫铝填充金属薄壁圆管受侧向冲击载荷进行了数值仿真分析。通过模拟结果与实验结果的对比,验证了有限元模型的有效性与计算结果的精确性;进而研究了管的几何参数、泡沫铝的密度与冲击速度等因素对其变形与吸能特性的影响。研究结果表明:在侧向冲击载荷作用下泡沫铝填充管的压溃可以分为3个阶段,初始碰撞阶段、塑性变形阶段和密实化阶段;与空管相比,泡沫铝填充管的侧向冲击载荷、总吸能与比吸能显著增大。管的几何尺寸、泡沫铝密度、冲击速度等对泡沫填充管的吸能性能影响较大。当冲击速度超过一定数值时,填充管的变形模式发生改变,由对称变形变为非对称的变形。     

碳纤维增强铝合金层合方管轴向吸能特性

为减轻薄壁吸能结构质量、提高结构能量吸收性能,制备碳纤维增强铝合金层合方管试样。对方管试样进行准静态轴向压缩试验,研究碳纤维增强铝合金层合方管的变形模式和机理。提出分段碳纤维复合材料层合方管的设计方法;并对其轴向吸能特性进行对比验证。结果表明,外层碳纤维复合材料与内层铝合金材料的界面出现脱层断裂,内层铝合金材料对方管变形起到了引导作用,外层碳纤维复合材料阻碍铝合金材料的折叠变形,碳纤维增强层合方管较原铝合金方管有效压缩能量提高了35.79%,压缩力效率提高了28.38%;而分段碳纤维增强铝合金层合方管还能有效降低初始峰值压缩力,提高薄壁结构压缩力效率,压缩力效率较原来提高了13.53%,进一步提升碳纤维增强薄壁结构的吸能特性。     

薄壁钢管混凝土短柱与薄壁钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

以圆形和方形薄壁钢管混凝土短柱及薄壁钢管约束混凝土短柱为对象，研究了外包钢管受力状态对短柱性能的影响及其机理，分析了截面形状对外包钢管受力状态及其对核心混凝土约束的影响。通过CFRP约束对受力性能的研究，进一步揭示了外包材料受力状态对受力性能的影响。研究表明，圆钢管对核心混凝土约束作用强，试件极限承载力较高，其中圆钢管约束柱中钢管的约束作用更加显著，极限承载力大于圆钢管柱；CFRP约束后，极限承载力和变形性能均得到有效改善。方钢管对核心混凝土的约束效果弱，试件极限承载力较低，且方钢管约束柱的极限承载力小于方钢管柱；CFRP约束对其极限承载力无明显提高，但有效改善了其延性。     

基于Ansys的冲击载荷下蜂窝夹芯板的动力学响应

以四边固支铝基蜂窝夹芯板为研究对象,针对蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒的位置及填充量对动力学响应的影响进行了Ansys数值模拟计算,并比较了不同条件下的蜂窝夹芯板应力应变值.结果表明:在冲击载荷下,蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒后能很好地减小应力应变值,增大蜂窝夹芯板的吸能效果.颗粒填充范围为0.2~0.25,颗粒填充数为两粒时,蜂窝夹芯板的应力应变值最小,吸能效果最佳,过多的填充不仅不具有更好的吸能效果,反而会激振蜂窝夹芯板.     

含孔薄壁方管结构吸能的数值模拟研究

针对含孔薄壁方管的力学性能有较大差异的问题,对于不同结构的铝合金薄壁方管,分别进行轴向冲击载荷作用下的有限元数值模拟的动态力学行为研究. 比较了各种薄壁开孔结构的能量吸收性能,及其耐撞性的各种参数,如比吸能(SEA)及平均破坏力、峰值破坏力等. 研究结果表明,与无孔方管对比,开孔方管初始峰值载荷变化很小,但是其比吸能有不同程度的变化. 在本文研究的范围内,开孔位置为L₀=0.50L的4方孔方管吸能效果最好.     

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。     

轴向压缩下泡沫铝填充薄壁圆管吸能特性研究

利用有限元软件ABAQUS对7种不同几何尺寸的泡沫铝填充管进行准静态轴向压缩的数值仿真分析,系统地研究了管的高度、壁厚、直径以及泡沫铝的填充对圆管吸能性能的影响;与实验对比,分析了7种泡沫铝填充试件的平均载荷、初始峰值载荷、比吸能(ESA)和压缩力效率(ECF)等吸能评价指标。研究结果表明,泡沫铝填充管在准静态轴向压缩时,管的壁厚与直径对管的吸能性能有显著影响;管的高度对其吸能性能影响较小,但高度的增加可以增加管的总吸能;泡沫铝的填充提高了管的承载力、总吸能、比吸能和压缩力效率。本研究成果可为设计理想的缓冲吸能装置提供一定的技术依据。     

聚氨酯/蜂窝铝复合材料的压缩力学行为及缓冲吸能特性

对空芯蜂窝铝(六边形孔)、聚氨酯、聚氨酯/蜂窝铝复合材料进行压缩试验,分析蜂窝铝和聚氨酯复合后的压缩力学行为及缓冲吸能特性.结果表明：复合材料的应力-应变曲线表现出弹性、屈服和密实三个阶段,初始刚度和屈服应力较空芯蜂窝铝有很大提高;蜂窝铝的加入使聚氨酯的变形回复降低25%;复合材料的最大吸能效率是单纯聚氨酯的1.47倍,且较大应力下复合材料具有比单纯聚氨酯更好的吸能效率;聚氨酯填充1 mm孔径蜂窝铝复合材料的最大吸能效率是聚氨酯填充2 mm孔径蜂窝铝复合材料的1.37倍;加载速率越大,吸能效率的峰值越大,且在达到最大吸能效率时的应力越大.     

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...     

泡沫铝填充薄壁梁斜向碰撞的仿真研究

采用有限元仿真技术研究了泡沫铝填充薄壁梁不同角度斜向碰撞下的吸能特性.分析了泡沫铝密度、壁厚、长宽比等设计参数对临界角和平均碰撞力的影响,并拟合出平均碰撞力和各设计参数及碰撞角度的解析式.结果表明,泡沫铝填充薄壁梁的临界弯折角小于无填充薄壁梁,并且泡沫铝密度对临界角的影响最大.随着横截面宽度从70mm增大到90mm,无填充薄壁梁弯折临界角从6°增大到9°,而泡沫铝填充薄壁梁弯折临界角度则没有明显改变.壁厚越厚泡沫铝填充薄壁梁的弯折临界角越大,但无填充薄壁梁弯折临界角不变.平均碰撞力和碰撞角度存在指数函数关系,且反比于长宽比平方、正比于壁厚和泡沫铝密度的指数幂.     

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。     

仿生树状分形薄壁结构的耐撞性研究

为提高薄壁管结构的耐撞性,受树枝生长规律的启发,设计了两类树状分形的薄壁多胞结构。根据简化的超折叠单元理论,针对轴向压缩工况,建立仿生薄壁管的平均冲击力理论模型,采用有限元数值模拟技术,研究分形结构对薄壁结构耐撞性的影响。结果表明：理论模型可以有效地预测仿生薄壁管的平均冲击力,树状分形设计能够促进薄壁结构的变形稳定,高阶仿生薄壁管在比吸能、载荷效率等方面优于单胞方管,且随着分形阶数的增加,仿生管的能量吸收能力和变形稳定性进一步提升。     

CFRP约束空心薄壁墩抗震性能试验

为了研究外贴碳纤维增强聚合物(CFRP)加固空心薄壁墩柱的抗震特性,对7根柱进行了低周反复加载试验,其中2根柱为对比柱,另外5根柱采用CFRP环向缠绕加固。试验研究了CFRP加固率、配箍率对墩柱抗震性能的影响。结果表明:所有试件均具有很好的延性抗震性能,延性系数为3.81~5.85;CFRP具有与箍筋相似的力学性能,可以有效地改善空心薄壁墩柱的抗震性能,延性和耗能能力提高显著,但承载力提高有限;随着CFRP层数的增加,延性系数相应地增大,粘贴2层CFRP布的低配箍率墩可以达到高配箍率裸墩的位移延性系数;CFRP布最佳加固率与结构设计参数有关。     

GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击数值模拟

通过对玻璃纤维(GFRP)空管和GFRP管约束泡沫柱进行低速冲击有限元模拟,研究冲击高度对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响;将GFRP管约束泡沫柱与GFRP管约束混凝土柱的冲击力时程曲线进行对比,研究不同填充材料对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响。研究结果表明:随着冲击高度的增加,试件的冲击力峰值增大,试件的吸能效果降低;填充泡沫比填充混凝土具有更好的吸能效果,可以更有效抑制冲击荷载的增加;GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击破坏分为两个阶段,前一阶段GFRP失效,后一阶段泡沫复合材料芯材失效。     

硅橡胶填充多孔金属材料静态压缩力学行为研究

对两种有硅橡胶填充的多孔金属材料进行了单向压缩实验 ,一种是三维开孔泡沫铝 ,另一种是二维圆孔铝合金蜂窝 .实验结果表明 ,硅橡胶填充以后 ,泡沫铝的应力应变曲线表现为弹性变形和塑性平台两个阶段 ,密实阶段不明显 ,且屈服应力和屈服平台长度相对无填充材料有明显增加 ;圆孔铝合金蜂窝的刚度和屈服应力也显著增加 ,屈服平台明显增长 ,显示出在单向压缩情况下更好的吸能性能 .通过分析圆孔铝合金蜂窝的变形过程 ,发现由于填充的橡胶的体积不可压缩性 ,导致变形过程中孔壁被拉伸 ,改变了多孔材料的传统变形模式 ,从而改善了材料的性能     

CFRP/AA6061缠绕组合薄壁结构轴向压溃仿真方法

采用LSDYNA软件建立碳纤维复合材料缠绕在铝合金管外壁组合而成的CFRP/AA6061组合管的模型,对压溃仿真方法进行研究.采用MAT54和MAT123材料模型分别模拟CFRP和AA6061的本构关系,采用参数校准的方法确定CFRP与AA6061的连接界面法向失效应力和切向失效应力,并采用tiebreak接触定义界面.对不同纤维铺层角度的组合结构进行了压溃试验和仿真模型验证.结果表明,该仿真模型精度较高,对[0/90]₃和[90]₆铺层组合管的峰值载荷仿真误差分别为8%和11.2%,均值载荷误差分别为8.7%和6.7%,仿真结果较准确地再现了压溃过程中的峰值载荷和均值载荷,该仿真模型可用于CFRP/金属组合薄壁结构的压溃试验与仿真研究.      

铝蜂窝异面压缩吸能特性实验评估

基于准静态实验与台车动态撞击实验,对不同规格铝蜂窝试件开展吸能能力特性评估;分析准静态与动态冲击条件下,各铝蜂窝的平台强度、比载荷、质量比吸能、体积比吸能与厚跨比的相关性,研究吸能特性与孔格疏密程度、蜂窝表观密度的关系.研究结果表明:该类蜂窝低速冲击较准静态压缩吸能能力提升约1.33倍;平台强度、比载荷、质量比吸能、体积比吸能均随厚跨比的增大呈幂次增大,幂次分别约为1.53,0.67,0.67,1.48;吸能能力随厚跨比的增大而提升,体积比吸能的增加较质量比吸能的增加更明显;所绘的蜂窝能量吸收图表征了实时平台应力与单位体积吸收能量的对应关系;曲线肩点反映了不同厚跨比蜂窝的最优吸能设计点,由系列蜂窝的肩点包迹线性方程表达式可反演设计出满足工程能量需求的蜂窝产品.     

6063铝合金薄壁方管耐轴向撞击性能研究

针对汽车用铝合金构件的安全设计要求,采用关键试验加有限元仿真技术,对6063铝合金薄壁方管轴向耐撞击性能进行了研究.通过轴向静态压缩和落锤冲击试验,获得了该薄壁试件静态和冲击载荷下的力学行为规律.同时应用有限元模型对不同结构尺寸的试件进行了不同速度下的冲击仿真分析,给出了试件变形和载荷预测.研究结果表明,6063铝合金薄壁试件具有良好的吸能性,试件的耐撞性和材料组织、加载速度及结构几何尺寸有密切关系.降低冲击速度、减小构件长细比以及增大壁厚,有利于改善试件屈曲过程的稳定性.作为汽车用缓冲吸能结构,该类薄壁铝合金试件的长细比不宜大于12,壁厚取2 mm,长度在310 mm左右为结构最优.