乏燃料运输容器减震器应用及研究现状

目的 了解国内外乏燃料运输容器减震器的成熟结构形式,分析应用技术的主要特点,整理现有减震器缓冲材料的材料特性和研究现状,为国内减震器设计发展提供一定参考。方法 综述国内外代表性乏燃料运输容器的减震器应用现状,分析现有缓冲材料的优缺点和结构设计方面的注意事项。结果 目前,国内外乏燃料运输容器多采用木材填充的壳式减震器,在填充材料方面,聚氨酯泡沫、蜂窝铝等工程材料也有应用,此外泡沫铝、碳泡沫、双向瓦楞蜂窝铝等新型材料也被研究用作减震器缓冲材料。结论 建议继续增加对新型缓冲材料以及对减震器结构设计的研究,以满足未来国内大型乏燃料运输容器的应用需要,同时建议注重减震器产品的适配性和兼容性,开发系列化产品。     

正交梯形蜂窝铝抗冲击力学性能及核装备防护应用仿真模拟EI北大核心CSCD

为保证运输途中核乏燃料运输容器的安全,会在运输容器两端安装减震器,减震器内部填充减震材料,以防止运输容器内部穿刺破坏。首先制备了一种正交梯形蜂窝铝材料,并对制备的三种不同结构材料进行不同速度加载获得相关结果,结合试验获得的材料本构模型使用有限元方法进行仿真模拟,对比两者误差。为探明尺寸对材料性能的影响作用,用仿真手段对比两种不同尺寸正交梯形蜂窝铝的力学性能,发现两者之间的吸能存在一定函数关系。为了进一步缩小仿真所用时间,提出用等效模型模拟冲击过程。最后,用仿真手段模拟运输容器减震器的穿刺过程,评估正交梯形蜂窝铝作为减震填充材料的可行性。     

某乏燃料运输容器减震器设计及验证

目的 研发用于某运输容器的减震器,同时探究减震器尺寸和填充材料的分散性对减震器设计的影响。方法 开展减震器尺寸对运输容器减震效果的分析计算,通过木材抗压强度试验获取木材压缩强度分散性,并使用有限元方法对运输容器进行9 m过重心角跌落分析,并进行9 m过重心角跌落测试验证。结果 一般来说减震器尺寸越大,其吸收能量越多,但其尺寸超过某临界点后减震效果反而下降;低抗压强度的填充木材吸能力不如较高抗压强度的,但填充木材抗压强度较大时,减震器偏硬会导致较大的容器刚体加速度。结论 该减震器设计合理,满足规范要求。填充木材的力学性能分散性,偏大或偏小都会对设计产生影响,因此,使用木材作为缓冲填充材料,设计时需要充分考虑木材压缩强度分散性对缓冲效果的影响。     

泡沫铝填充装甲抗射流侵彻的防护性能研究

为提高装甲抗聚能射流侵彻性能,研究新型的泡沫铝填充装甲,运用ANSYS/LS-DYNA 3D有限元分析软件,对聚能射流侵彻泡沫铝填充装甲过程进行数值模拟,对比分析均质装甲和泡沫铝填充装甲的防护性能,结果表明:泡沫铝填充装甲较均质装甲有更好的防护性能。通过运用正交分析法研究前置靶板厚度、靶板材料、泡沫铝厚度、泡沫铝密度对装甲防护性能的影响,得到最优方案。研究结果对泡沫金属填充装甲的工程应用有一定的参考价值。     

新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料性能研究

目的对新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料进行性能测试、寿命预测,验证其是否满足新燃料运输容器设计性能要求和使用寿命要求。方法分别测试填充在新燃料运输容器不同区域的硬质聚氨酯泡沫的压缩性能、吸水性能、阻燃性能、隔热性能,并利用热重分析方法研究硬质聚氨酯泡沫填充材料的热老化性能,预测寿命。结果根据测试结果,研制的硬质聚氨酯泡沫能够满足新燃料运输容器填充材料的设计性能要求和使用寿命要求,在最高正常使用温度38℃条件下,预测其寿命为34年。结论在新燃料组件正常运输工况和事故运输工况条件下,硬质聚氨酯泡沫填充材料均能对燃料组件起到良好的保护作用,为实现新燃料运输容器国产化奠定了基础。     

泡沫铝填充多棱管的吸能分析

通过LS-DYNA模拟分析泡沫铝填充多棱管的准静态过程。以柱壳比（R）作为比较具有不同截面形状的泡沫铝填多棱管的依据。通过比吸能、比力和能量吸收率,实现泡沫铝填充多棱管吸能性能的定量化比较分析。研究发现在具有相同柱壳比的条件下,泡沫铝填充四棱管的比吸能最高;泡沫铝填充八棱管的能量吸收率最高（约78%）;四棱管的吸能量占泡沫铝填充四棱管总吸能量的比例最小（约57%）。不同的几何形状和结构对泡沫铝填充多棱管的吸能性能有着显著的影响。同时,对泡沫铝填充多棱管的变形模式和内在机制也做了初步的分析     

基于碰撞安全性的泡沫铝填充矿用救生舱优化及性能分析

为提高矿用救生舱的碰撞安全性,设计一种泡沫铝填充矿用救生舱。利用ANSYS Workbench的参数优化模块,以舱体的加速度、变形及吸能大小为优化目标,对舱体的结构参数和泡沫铝的材料性能参数进行优化。对优化后的泡沫铝救生舱的碰撞安全性进行分析,结果表明泡沫铝救生舱在质量和最大等效应力均有所降低的前提下,泡沫铝救生舱碰撞时的最大变形和最大加速度得到显著降低并且舱体吸收的能量得到大幅提升,证明泡沫铝填充救生舱具有更佳的碰撞性能可以提高其安全性。     

泡沫铝填充薄壁金属管结构冲击吸能特性研究

目的 为了研究静动态加载下泡沫铝填充薄壁金属管结构吸能特性随泡沫铝密度的变化规律。方法利用材料试验机对3种不同密度的泡沫铝填充薄壁金属管结构进行准静态压缩,利用Taylor–Hopkinson实验装置对相同结构进行动态压缩实验,基于电测和光测法获得结构的静动态压缩载荷位移曲线,对载荷位移曲线进行积分得到结构的静动态吸能特性。结果 准静态压缩下,随着泡沫铝密度的增加,泡沫铝填充薄壁管结构能量吸收能力近似成指数增加。动态压缩下,结构能量吸收能力随泡沫铝密度增加先保持不变后增加。结论 准静态压缩下,在薄壁金属管中添加泡沫铝能明显增加泡沫铝填充薄壁金属管结构能量吸收能力,但在动态压缩下,低密度泡沫铝的添加无益于增加结构的能量吸收能力,为增加薄壁金属管的吸能能力需要求泡沫铝的密度超过一定值。     

泡沫铝填充管的研究进展

泡沫铝填充管是在一个或多个不同横截面形状的薄壁金属管内填充泡沫铝而形成的一种结构功能一体化材料。泡沫铝的填充不仅提高了薄壁金属管的轴向压缩性能和抗弯曲性能,也避免了泡沫铝本身强度不高的劣势。从泡沫铝填充管的制备、结构及性能方面综述了其研究现状,从泡沫铝单管、双管与多管填充的角度分析了结构对泡沫铝填充管压缩和弯曲性能的影响。单管填充泡沫铝改变了薄壁管压缩及弯曲的失效形式,提高了薄壁管的吸能性;双管填充泡沫铝的内管多数以同心管形式排列,在管内部所填充的泡沫铝支撑的基础上,内管进一步支撑起泡沫铝填充管的承载和吸能作用,其压缩及弯曲性能较单管填充更为突出;多管填充泡沫铝在双管基础上进行拓展,可以同心或并列排布,对薄壁管性能的提升各有不同,平行排列的多管结构能量吸收效率高于泡沫铝填充单管,但低于相应的薄壁空管结构。泡沫铝填充管的制备技术通常是分别制取泡沫铝和管材再进行填充,尽管过于单一且工艺复杂,但由于其具有优异的承载和吸能能力,仍然在交通运输、航空航天等领域极具应用潜力。     

泡沫铝填充金属薄壁管复合结构的研究进展

泡沫铝由于具有出色的力学、电学、热力学性能而被人们广泛关注和应用。为了拓展泡沫铝的应用领域,研究者在制备高性能的铝基复合泡沫方面付出了大量的努力。研究表明,通过添加不同种类增强体制备复合泡沫的方法虽然可以提高复合泡沫的强度,但是会引起各种不同的问题。例如,硬质陶瓷颗粒(SiC颗粒、Al_2O_3颗粒等)作为增强体可以提高复合泡沫的抗压强度,但是会增强材料的脆性;纤维和晶须这种二维增强相可以在一定程度上降低增强体带来的脆性,但是仍存在增强体难以均匀分布、处理方法繁琐且界面反应控制较难等问题。因此,无论是泡沫铝还是复合泡沫,都鲜有单独使用的情况,多数情况下是与其他强度较高的部件组合成复合构件使用,例如泡沫铝夹芯板、泡沫铝填充金属薄壁管等复合结构。泡沫铝填充金属薄壁管复合结构是将泡沫铝芯材通过多种方式填入薄壁金属管中并实现二者的有效连接而组成的特殊结构。目前实现填充的方法可分为外加填充法与原位制备法。泡沫铝填充金属薄壁管结构不仅具有优异的吸能特性和阻尼性能,还具有一定的韧性和较高的独立承载能力。作为一种新型的复合结构,泡沫铝填充金属薄壁管在减震吸能、吸声降噪等方面的潜在优势极其引人关注。尤其是泡沫铝填充金属薄壁管复合结构在汽车制造业领域具有的巨大应用潜力和广阔应用前景引起了研究者们的重视。相较于传统的减震吸能结构,泡沫铝填充金属薄壁管在汽车制造业领域中的应用具有三大优势:(1)在不削减车身强度的情况下极大减轻车身的质量,减少汽车的油耗及尾气排放;(2)在受到撞击时依靠自身塑性变形吸收绝大部分碰撞能量并及时将冲击分散到车身主体上,避免局部集中变形过大对车内乘客造成伤害,充分保证车内人员的人身安全;(3)回弹变形很小,可以有效避免事故中人体受到二次伤害。目前复合结构最为常见的应用是作为汽车的保险杠、副车架、前纵梁等防撞吸能部件,在降低生产成本的同时也提高了汽车的安全系数。本文介绍了泡沫铝填充金属管复合结构的主要制备方法和性能特点,阐述了国内外对该种复合结构的研究现状,并对其未来的研究方向进行了展望。     

泡沫铝夹层结构复合材料低速冲击性能

以泡沫铝为夹芯材料,玄武岩纤维(BF)和超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料为面板,制备夹层结构复合材料。研究纤维类型、铺层结构和芯材厚度对泡沫铝夹层结构复合材料冲击性能和损伤模式的影响规律,并与铝蜂窝夹层结构复合材料性能进行对比分析。结果表明:BF/泡沫铝夹层结构比UHMWPE/泡沫铝夹层结构具有更大的冲击破坏载荷,但冲击位移和吸收能量较小。BF和UHMWPE两种纤维的分层混杂设计比叠加混杂具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫铝厚度的增加,夹层结构复合材料的冲击破坏载荷降低,破坏吸收能量增大。泡沫铝夹层结构比铝蜂窝夹层结构具有更高的冲击破坏载荷,但冲击破坏吸收能量较小;泡沫铝芯材以冲击部位的碎裂为主要失效形式,铝蜂窝芯材整体压缩破坏明显。     

事故工况下乏燃料运输容器跌落分析

目的验证乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计,在事故工况中以最危险角度从9 m高度自由跌落至水平的刚性地面过程中,是否满足GB 11806《放射性物质安全运输规定》的规范要求。方法采用LS-DYNA进行有限元仿真模拟跌落过程以代替跌落试验,开展乏燃料运输容器9 m自由跌落冲击分析,并根据ASME规范第III卷规定的应力限值对容器本体、内外盖、吊篮和螺栓进行应力校核。结果应力校核结果显示,乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓满足设计强度要求。结论该乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计满足GB 11806规范要求。     

泡沫铝-聚氨酯的制备及其吸能特性分析

目的 制备泡沫铝-聚氨酯复合材料,并研究球形开孔泡沫铝的孔隙率、聚氨酯（PU）的含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能和吸能性能的影响。分析泡沫铝孔隙率、聚氨酯含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能效率和理想吸能效率的影响规律。方法 通过对复合材料试样进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,进一步推导出吸能-应变曲线、吸能效率-应力曲线和理想吸能效率-应力曲线。结果 当泡沫铝的孔隙率一定时,随着PU含量的上升,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能得到提升。当PU含量一定时,随着泡沫铝孔隙率的减小,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能会增加。结论 明确了吸能效率曲线和理想吸能效率曲线的应用范围,为缓冲材料的选择提供了依据。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料力学及吸能性能分析

目的 研究泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料准静态压缩力学性能、吸能性能、吸能效率和理想吸能效率的影响。方法 将制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料试样在万能材料试验机上进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,由应力-应变曲线分析材料的吸能性能、吸能效率、理想吸能效率。结果 当泡沫铝孔径一定,泡沫铝相对密度由0.350提升至0.384时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了4.38 MPa,而最大吸能效率由0.29下降至0.27,准静态压缩性能有所提高。当泡沫铝相对密度一定,泡沫铝孔径由5 mm增加至9 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了6.16 MPa,而最大吸能效率由0.25升高到0.27,准静态压缩性能有所提高。结论 当进行准静态压缩时,泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的吸能性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的最大吸能效率随相对密度的增大而减小,随孔径的增大变化微小。     

孔径对球体开孔泡沫铝压缩及吸能性能的影响

目的 研究在准静态压缩过程中,不同孔径（泡沫铝内部胞孔的直径）对球体开孔泡沫铝压缩性能及吸能性能的影响。方法 针对3种不同孔径的泡沫铝试样进行准静态压缩实验。通过准静态压缩试验得出泡沫铝的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线计算得到吸能-应变曲线。结果 当泡沫铝孔径从5 mm增加到9 mm时,球形孔开孔泡沫铝的屈服强度增加了4.6862 MPa,最大吸能效率由24.45%提升到27.71%,力学性能和吸能性能均得到提升。结论 泡沫铝的压缩性能和吸能性能随着球体开孔泡沫铝孔径的增加而增强。     

The effects of foam filling on compressive response of hexagonal cell aluminum honeycombs under axial loading-experimental study

In this paper the effects of foam filling of honeycomb panels on their plastic behavior and mechanical properties are studied experimentally. Five types of Al 5052-H39 honeycombs in bare and foam filled conditions are subjected to quasi-static axial compressive loading. The panels are selected so that the effects of parameters such as the cell size, the cell walls thickness and the panel thickness on the mean crushing strength, energy absorption capacity and the wavelength of the folds could be investigated. Tests show that foam filling of panels increases their mean crushing strength and energy absorption capacity up to 300% and the less the honeycomb density the greater the effect of foam filling. Furthermore, mean crushing strength of foam filled panels is larger than the sum of the mean crushing strengths of bare honeycomb and foam alone. The wavelength of folds and densification strain in foam filled panels are smaller than those of bare honeycombs. These tests also showed that unlike the theoretic formula the panel thickness influences the mean crushing strength of honeycomb.     

相对密度对球体开孔泡沫铝压缩及吸能性能的影响

目的研究球体开孔泡沫铝的相对密度在准静态压缩过程中对球体开孔泡沫铝压缩性能和吸能性能的影响。方法对准备的3种不同相对密度的泡沫铝试样进行准静态压缩试验。结果利用相关软件绘制出不同相对密度球体开孔泡沫铝试样的实验曲线,由分析试验曲线可知,当泡沫铝的相对密度从0.35提升到0.392时,球体开孔泡沫铝的屈服强度虽增加了3.2MPa,但吸能效率的最大值下降了近2.4%。结论随着泡沫铝相对密度的提高,其压缩性能越高、抗压强度越高。在同等应变下,高密度泡沫铝比低密度泡沫铝的吸能性能好。泡沫铝相对密度越大,吸能效率的最大值越小,理想吸能效率的最大值也越小。     

泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的 研究在压缩过程中,泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响。方法 对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果 通过准静态压缩实验得出泡沫铝以及不同孔隙率的泡沫铝-聚氨酯复合材料的应力-应变曲线,分析可知泡沫铝孔隙率从94.6%降到93%,其吸能性能增加了71.9%。结论 在泡沫铝中加入聚氨酯形成的泡沫铝-聚氨酯复合材料相比于泡沫铝的吸能性能得到很大提高,且泡沫铝的孔隙率与泡沫铝-聚氨酯的吸能性能成负相关的关系。