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.     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元建立了复合材料蜂窝夹芯板在低速冲击作用下的渐进损伤分析模型。该模型中将蜂窝夹芯等效为均匀的正交各项异性材料。采用基于应变的Hashin三维失效准则和Yeh分层失效准则对面板损伤进行判断。使用部分刚度折减对损伤材料性能进行退化。利用用户子程序将损伤判据和刚度折减方案引入到ABAQUS软件中。模拟了复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤渐进过程,并与试验结果进行验证。证明了该方法的合理性,最后讨论了各种参数对冲击响应和冲击损伤的影响。     

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.     

蜂窝铝面内动态压缩性能和吸能特性比较

采用LS-DYNA有限元模拟分析对比,讨论了不同冲击速度和不同冲击方向下正六边形蜂窝结构的的变形机制和吸能特性。结果表明:中低速情况下, X_2方向下整个变形整体以塑性弯曲和堆叠为主较为复杂无序,X_1方向下变形模式相对稳定,高速情况下两者变形都主要体现为惯性。关于吸能的比较,相同速度下, X_2方向的吸能特性要优于X_1方向;不同速度下,无论哪个方向的能量吸收都伴随速度的提高而增大。     

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。     

蜂窝铝的材料性能模拟计算与实验研究

基于ANSYS软件建立了蜂窝铝芯和蜂窝铝板的有限元模型,模拟计算了薄壁蜂窝铝芯在深度、对边距不同时受共面载荷作用下的应力强度。利用壳单元计算了蜂窝铝芯的共面弹性模量,模拟分析了同样大小的蜂窝铝板在蜂窝芯格尺寸不同情况下受共面相同载荷时的应力情况,分析结果表明选择适当的蜂窝芯格大小和深度,可以减小蜂窝芯格及蜂窝铝板所受的最大应力。分析结果有助于找到合适的蜂窝芯格尺寸以满足较大的强度要求。最后对蜂窝铝板进行了实验研究计算,实验结果和ANSYS模拟数据基本吻合。     

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。     

类蜂窝结构的面内冲击特性研究

以类蜂窝结构为研究对象,讨论了不同冲击速度作用下该结构的面内冲击力学性能及能量吸收能力,并与传统的六边形蜂窝结构在不同方向冲击作用下的变形模式、比吸收能量进行了对比。研究结果表明:在低速冲击下,类蜂窝结构先后表现出V形、X形、K形及I形等局部变形特征;在中高速冲击下,类蜂窝结构中的六边形与四边形胞元交替压溃,并从冲击端的I形局部变形逐步扩展到固定端;随着冲击速度增大,类蜂窝表现出更强的能量吸收能力,且与六边形蜂窝相比,其能量吸收过程不受冲击方向的影响,更加稳定可靠。研究结论可望为进一步研究同一结构模型不同布置方式的类蜂窝结构的动态冲击特性提供依据。     

泡沫铝夹芯板低速冲击性能研究

对包套轧制及胶粘泡沫铝夹芯板进行了低速冲击试验,分析了两种夹芯板在低速冲击下的力学响应及破坏形式.结果表明,两种结合界面的夹芯板都具有吸能特性,但冶金结合夹芯板抗冲击的缓冲时间明显长于胶粘结合夹芯板.随着加载冲量的增加,冶金结合夹芯板的屈服载荷和平台载荷增加,缓冲时间缩短,抗冲击过程表现出明显的应变率效应.冶金结合夹芯板破坏模式主要为芯层剪切、压实和面板塌陷.     

机载设备电子芯片缓冲橡胶蜂窝夹层抗跌落冲击性能

 以飞机高速飞行环境下某机载设备电子芯片跌落为例,研究了电子芯片缓冲橡胶蜂窝夹层的抗冲击性能。对缓冲橡胶夹层采用不同的蜂窝构型,即分别纵向开孔、横向开孔和选择不同孔径,利用Abaqus 有限元分析软件进行仿真实验,研究蜂窝的开孔结构及孔径大小对缓冲橡胶夹层抗冲击性能的影响。结果表明,缓冲橡胶夹层的蜂窝结构相对于实体结构能显著提高其抗跌落冲击性能（提高22%~33%）,纵向开孔结构的抗冲击效果优于横向开孔结构（提高3%~6%）,而在设计范围内的孔径大小对抗冲击效果的影响不明显。     

铝蜂窝夹芯三明治板弹道极限的实验研究

为研究铝蜂窝夹芯三明治结构的弹道防护特性,设计并实施了一系列速度在100~250 m/s之间的弹道冲击实验. 研究了在不同冲击速度、面板厚度、芯层密度和弹丸头部形状等条件下,该结构的能量吸收特性和弹道极限. 结果表明,铝蜂窝夹芯能有效提高三明治板的抗弹能力,并且对高速弹丸防护能力的提高作用更加显著. 在弹速相同的条件下,结构对平头弹丸的能量吸收低于圆头和尖头弹丸.     

铝蜂窝道面板承载能力试验

为了研究铝蜂窝道面板的承载能力,铺筑了室外试验段并进行了现场试验,使用直径30cm刚性承载板模拟飞机轮载,在道面板表面布置位移传感器和应变片,测试了铝蜂窝道面板在不同地基强度、不同地表状态下板体变形、表面应变。试验结果表明:地基强度的增加能改善道面板的受力情况,减少弯沉。当地基强度从70MPa增加到100MPa时,100kW荷载作用下最大变形减小了39.2%。而脱空会使板底出现过大应力,显著降低道面板的承载能力。     

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。     

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.     

Sandwich等效理论在铝蜂窝复合夹层板中的应用与分析

利用Sandwich等效理论简化铝蜂窝复合夹层板芯层的材料参数。结合ANSYS有限元软件单元库中的Shell91单元对试样进行仿真计算。由三点弯物理实验和仿真计算的结果对比,表明等效简化具有良好的效果。同时由于修正系数γ的取值对于等效结果具有一定影响,通过对不同结构参数板体的仿真分析,来探讨这种影响的特征,为工程计算应用提供一定的参考。     

蜂窝纸板动态缓冲特性及振动传递特性的试验研究

基于跌落冲击试验和振动试验，研究了4种不同厚度的蜂窝纸板的缓冲防振性能，获得了动态缓冲曲线的经验公式及其特征系数，振动传递率曲线的峰值频率、传递率及阻尼比，为蜂窝纸板在缓冲防振包装中的推广应用提供了基本数据．试验结果表明：蜂窝纸板的动态缓冲曲线呈凹谷状，开口向上，只有一个极小值点，冲击加速度波形近似于半正弦波，冲击作用时间较长，吸收的冲击能量较大，具有优良的动态缓冲特性；振动传递特性具有多模态性，有主次之分，对高频振动有显著的衰减性．     

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.      

采用泡沫铝填充薄壁结构的穿透器缓冲防护研究

携带探测仪器的穿透器高速侵彻行星体,内部科学仪器将受到高g值冲击,极易损坏.为了科学仪器的缓冲防护以提高自身存活率,本文设计了一种具有多层能量吸收结构的穿透器样机,将泡沫铝填充薄壁结构(简称FTS)应用于内部载荷的缓冲防护设计上以提高存活率.在LS-DYNA中模拟了穿透器侵彻星球介质的过程,通过冲击试验和仿真分析验证了该种措施的有效性.研究结果表明:FTS对隔离冲击和能量吸收效果明显,为穿透器工程样机的研发提供了重要的解决方案.     

机翼前缘局部填充泡沫铝抗鸟撞特性

在保证飞机机翼前缘质量特性的前提下,通过一种泡沫铝局部填充机翼前缘的优化结构来提高机翼前缘的抗鸟撞性能。通过LS-DYNA软件分别开展机翼前缘未填充和局部填充泡沫铝材料抗鸟撞分析,研究两者撞击响应、前墙响应和吸能特性的差异性,并基于D80气炮开展鸟撞铝板试验来验证鸟体本构参数的准确性和有效性。研究结果表明:通过减少蒙皮厚度并局部填充泡沫铝的方式能够在优化机翼前缘质量的同时有效地增强机翼前缘的抗冲击强度;机翼前缘局部填充泡沫铝之后前墙面板中心点位移以及等效应力得到有效降低,填充机翼前缘结构比空机翼前缘结构能够更有效地抵御鸟体撞击;在蒙皮和泡沫铝的共同作用下,局部填充泡沫铝的机翼前缘能够比空机翼前缘在相同撞击工况下吸收更多的能量。     

航天器着陆缓冲技术研究进展

航天器着陆缓冲是所有需要着陆的航天器完成整个飞行程序的最后一个环节,该技术最终实现航天器的无损着陆,是后续载人和深空探测的重要关键技术之一,其工作结果往往会影响整个任务的成败。该技术的核心内涵是冲击过程中,航天器通过气、液、固等多种形式的介质的形变,吸收着陆冲击过程中的能量,使被缓冲目标的过载值满足目标值要求。基于能量传递过程,围绕航天器自身主动吸能以及冲击介质能量吸收两个维度对能量传递路径进行了分析,给出了主动吸能阶段设计的原则。结合典型航天器缓冲吸能设计的应用进行了分析,给出了各类缓冲吸能设计的准则。最后围绕航天器着陆缓冲技术内涵,对该技术的关键技术进行了梳理,围绕后续该技术在航天任务中的应用进行了展望。