高冲击下泡沫铝填充结构压溃吸能研究

为研究铝壳厚度和泡沫铝密度对填充结构压溃吸能特性的影响,运用LS-DYNA有限元软件,对不同厚度、不同密度的填充结构在幅值为30 000g、脉宽为160μs半正弦加速度冲击下进行数值模拟,提出载荷效率、比吸能、隔冲效率以及最大加速度响应4个指标评价结构的压溃吸能特性。研究表明,结构的缓冲效果主要由壳的厚度决定,而能量吸收过程中壳和泡沫铝相互影响、共同作用。综合上述4个因素,在不同组合的填充结构中S0.6F0.7缓冲吸能特性最好。     

高g值冲击下变截面填充壳缓冲性能优化方法

针对需要多个目标同时达到最优值,提出高g值冲击下泡沫铝填充变截面壳吸收能量最大化及测控电路承受加速度幅值最小化的多目标优化方法。以铝壳厚度和泡沫铝密度为设计变量,通过全因子试验设计选取试验点,同时利用LS-DYNA获取相应的冲击信息,引入响应面法构造近似目标函数,通过目标规划法获得最优解。结果表明,对于抗冲击性能的综合要求,多目标优化结果优于单目标优化结果,并在一定冲击载荷作用下对于选取更优的缓冲结构具有重要指导意义。     

泡沫铝复合结构的应力波防护性能研究

为研究泡沫铝复合结构对应力波的防护能力,利用传统和改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同相对密度及不同厚度组合的泡沫铝-铝板复合结构进行冲击试验。研究结果表明：泡沫铝作为夹层,可使入射波分多次传到背板,延迟应力波到达时间,降低了应力波强度。随着泡沫铝夹层厚度的增加,应力波衰减效果明显。泡沫铝-铝板复合结构作为面板,应力波的加载方式发生变化,上升沿得到改善,脉冲宽度增大,最大应力幅值降低,同时吸收大量冲击能,是一种良好的应力波防护材料。增大复合结构中泡沫铝厚度,应力波的上升沿时间延长、斜率减小,应力幅值降低,但脉冲宽度变化不大;铝板厚度对应力波传播影响较小。随着泡沫铝相对密度的增加,经泡沫铝-铝板复合结构作用后,应力波的上升斜率减小,最大应力幅值降低,但脉冲宽度和上升沿时间不变。     

横向冲击载荷下泡沫铝夹芯双圆管的吸能研究

采用数值模拟的方法研究了在横向冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯双圆管结构的变形模态与吸能性能。分析了泡沫铝夹芯双圆管结构的几何参数、芯层材料的相对密度与冲击速度对其力学行为的影响。结果表明：冲击初始时刻,夹芯双圆管的冲击端由于塑性变形而吸收了大部分能量,之后主要依靠左右两端的弯曲变形来吸收能量;横向冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯双圆管的比吸能随着外管直径与内管壁厚的增加或者泡沫铝芯层厚度的增加而增加;而随着外管壁厚与内管直径的增加,泡沫铝夹芯双圆管的比吸能减小;冲击速度小于30 m/s时,夹芯双圆管呈上下、左右对称的变形模态;大于此速度时,呈左右对称的变形模态,夹芯双圆管的比吸能随着冲击速度的增大而增大;芯层材料的相对密度越大,夹芯双圆管结构的比吸能也越大。     

陶瓷/泡沫铝/铝合金抗线性射流侵彻性能分析及结构优化

为探讨新型复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析,并从不同组合的面、背板厚度比和泡沫铝夹芯厚度两方面,研究了该复合装甲能量吸收规律、应力波衰减规律。结果表明:同一厚度比下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度与应力波峰值都呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,厚度比增大时,泡沫铝及装甲结构吸收的能量先增加后减小,泡沫铝厚度为2.4 mm、厚度比为1.25时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最好。     

多层泡沫铝夹芯板的抗爆性能

泡沫铝是一种具有优异吸能性能的多功能材料,多层泡沫铝和钢板组成的夹层具有良好的抗爆能力。为了研究不同密度泡沫铝排序对夹芯板抗爆能力的影响,选取相对密度分别为13%、16.7%、20.4%的三种泡沫铝组成九种不同结构的排列方式。利用LS-DYNA软件进行了爆炸过程的数值模拟,并且对部分结构进行了爆炸作用实验。结果表明,实验和数值模拟结果吻合较好。在爆炸载荷作用下,泡沫铝的变形可以分为三种模式,即弹性变形、塑性变形和胞壁断裂的致密变形;泡沫铝密度递减结构的底板横向挠度比泡沫铝密度递增结构小;并且在同样的爆炸载荷作用下,泡沫铝密度递减结构的透射波强度只有密度递增结构的31.6%;这表明泡沫铝按照密度递减的顺序排列能够提高整体结构的抗爆能力。     

泡沫铝/环氧树脂填充结构机床工作台的模拟研究

现代的机床工作台要求具有较高的动态特性和高比刚度。以某型号工作台为例,对泡沫铝/环氧树脂填充结构工作台的静、动态特性进行了有限元模拟。结果表明,与铸铁结构工作台相比,泡沫铝/环氧树脂填充结构工作台在满足工作台静态性能要求的前提下,具有轻质、高静、动态性能高的优点。     

高超音速侵彻引信中的泡沫铝垫片

应对高速侵彻高冲击的主要措施之一是加垫片,而已有垫片材料并不理想。为此,提出以新型材料泡沫铝制造高超音速侵彻引信垫片,泡沫铝自身内部多孔结构有利于抗高过载冲击。ANSYS/LS-DYNA有限元仿真表明,6 mm泡沫铝垫片能起到较好的抗高过载冲击作用,但计算得出的垫片厚度仍不理想,可能需要从衰减应力波角度进一步研究。     

陶瓷/泡沫铝/铝合金复合装甲抗射流侵彻性能

为研究泡沫铝复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析。从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明,泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度。同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度减小。泡沫铝厚度为2.4 mm时,射流头部剩余速度最低,复合装甲能量吸收最多,抗侵彻性能最优。同一泡沫铝厚度下,随着t_1/t_2值的增大,接触式复合装甲与间隔式复合装甲的射流头部剩余速度均先降低后增加。t_1/t_2=1时,间隔式复合装甲的抗侵彻性能最优。当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲抗射流侵彻性能的差别较小。随着倾角θ的增大,复合装甲的防护性能先增强后降低。倾角为20°时,复合装甲抗射流侵彻性能最优。     

泡沫铝部分填充铝管的弯曲性能研究

对泡沫铝合金部分填充方形铝管三点弯曲性能进行研究。研究发现:泡沫铝部分填充管承受的弯曲载荷和吸收的能量与空铝管相比有显著的提高,变形模式从单褶皱模式变为多褶皱模式;泡沫铝部分填充管承载能力和能量吸收能力随着泡沫铝孔隙率的减少而提高,但是达到极限载荷的位移变短;与全填充管相比,泡沫铝部分填充管仍然可以承受较高的载荷,同时有效降低结构的总质量,只有当填充长度大于有效填充长度时,泡沫铝提高铝管承载能力的作用才能充分发挥;部分填充管对空铝管的弯曲载荷相对提高量随铝管壁厚减小而增大。     

泡沫铝冲击衰减特性的研究

在轻气炮试验装置上对开孔泡沫铝的冲击衰减特性进行了试验研究,得出了在冲击波加载条件下开孔泡沫铝中的冲击波压力及波速随距离的变化关系曲线.结果表明:开孔泡沫铝具有良好的冲击衰减性能,使冲击波压力在其中呈指数关系衰减,而波速则随距离呈线性关系衰减.     

泡沫铝复合材料的动态压缩试验研究和吸能分析

随着武器科技的发展,对吸能防护材料要求越来越高。采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验技术对泡沫铝,铝-脂-胶复合材料,填充环氧树脂的泡沫铝冲击压缩性能进行研究,得到3种材料的应力-应变曲线,并对其进行吸能性能分析。结果表明,铝-脂-胶复合材料具有非常好的吸能特性。铝-脂-胶复合材料可作为一种新型的高性能吸能防护材料。     

结构特征参数和应变速率对泡沫铝压缩力学性能的影响

采用MTS万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)对具有不同结构特征参数的泡沫铝进行准静态和动态单轴压缩试验,分析了试样高径比、初始密度以及应变速率对其力学行为的影响.实验结果表明:在准静态压缩试验中,高径比越小,塑性屈服应力越高,塑性屈服平台长度越短,归因于端面摩擦效应;初始密度微小的变化都会对泡沫铝的力学性能...     

孔隙率及孔径对开孔泡沫铝导电性的影响

研究了孔隙率及孔径的变化对开孔泡沫铝导电性的影响。采用铸造渗流法制备了孔径为0.751～.75 mm,相对密度为0.4050～.436的泡沫纯铝,用“直流四端电极”法测量了不同参数泡沫铝的电阻并通过计算得到电导率。实验结果表明:对于开孔泡沫铝来说,孔隙率的变化对其导电性具有非常显著的影响,随着相对密度的提高,泡沫铝的电导率呈指数关系上升;而随孔径的变化对其电导率影响不大。     

泡沫铝填充结构机床工作台疲劳特性有限元仿真研究

对铸铁工作台和泡沫铝填充结构机床工作台的疲劳特性进行有限元仿真研究,获得其在交变载荷作用下的应力分布图和最终疲劳失效图,并对结果进行对比分析。结果表明,与铸铁工作台相比,在恒幅交变载荷作用下,泡沫铝填充结构机床工作台的最大应变量小、产生的疲劳裂纹数目少,应力集中程度低,进一步证明了泡沫铝填充结构机床工作台在高速加工中应用的可行性和优越性。     

泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响

为了研究泡沫铝材料对水下爆炸冲击波的衰减特性,将泡沫铝材料制成不同壁厚的泡沫铝壳,初步研究了泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响.利用水下压力测试系统,分别测试了裸太安(PETN)药柱和将PETN药柱分别放入壁厚为1.5,2.5,3.5 cm的泡沫铝壳中爆炸条件下,距药柱0.5 m处的冲击波时程压力.通过对数据分析,发现...     

泡沫铝与金属管复合结构降低弹载设备过载效能研究

为了降低弹载设备在发射和侵彻过程中受到的高过载,设计了泡沫铝与薄壁金属管复合结构缓冲器。利用ANSYS/LS-DYNA对复合结构缓冲器降低弹载设备过载的效能进行了研究,对不同弹载设备的降载百分比、复合结构缓冲器轴向长度和弹体侵彻速度对降低弹载设备过载效能的影响进行了研究。通过靶场实弹侵彻混凝土试验得到复合结构缓冲器的降载百分比和有效侵彻深度。结果表明,泡沫铝与薄壁金属管复合结构的缓冲器能够有效降低弹载设备的过载,且具有很大的灵活性,可通过金属管壁厚度、锥角、泡沫铝屈服强度等来调节缓冲力大小,通过调节缓冲器长度来调节缓冲作用时间。     

多次冲击下泡沫铝动态压缩力学性能试验与本构模型研究

基于分离式霍普金森压杆装置对泡沫铝试样进行多次冲击加载试验,研究泡沫铝在中低应变率下的动态压缩力学性能。通过分析泡沫铝破坏形貌、透波率、应力-应变曲线以及能量吸收效率随冲击加载次数的变化规律,研究了损伤累积对材料动态力学性能以及吸能特性的影响机理。试验结果表明：随着冲击次数的增加,泡沫铝内部胞孔结构逐步崩溃压实,对应力波的衰减作用减弱,弹性极限应力及对应应变均有增强效应,且多次冲击下的损伤累积效应有助于提高理想吸能效率。基于试验所得应力-应变曲线,将损伤累积变量引入Sherwood-Frost方程,建立泡沫铝材料多次冲击下损伤累积本构模型,分析了形状函数参考曲线对应损伤累积能量与多次冲击试验损伤累积能量差值对本构模型准确性的影响,并进行了试验验证。     

泡沫铝/改性环氧树脂复合材料压缩力学性能的试验研究

为实现功能结构一体化,提高泡沫铝复合材料的力学性能和吸能性能,制备硅橡胶改性环氧树脂的高分子材料填充泡沫铝的复合材料。静态压缩试验表明,填充改性环氧树脂的泡沫铝的平台屈服阶段明显抬升,改善泡沫铝的力学性能,提高泡沫铝的吸能能力。     

铝泡沫夹层结构抗爆炸性能仿真分析及优化

对6种铝泡沫夹层结构的抗爆炸性能进行了有限元分析,从变形模式、运动响应和吸能特性等方面对比研究了6种夹层结构的动态响应特性。结果表明铝合金-铝泡沫-高强度装甲钢夹层复合结构的抗爆炸性能最优,且铝泡沫芯体密度对夹层结构的动态响应有较大影响。应用自适应响应面方法,建立了典型夹层结构的基于动力有限元分析的优化设计模型,对夹层结构的面板、背板、芯体厚度进行了整体优化,使铝泡沫夹层结构的抗爆炸性能明显改善,这对抗爆炸结构的工程设计具有一定指导意义。