密度对聚丙烯泡沫材料动态冲击性能的影响

目的 以聚丙烯材料为研究对象,研究密度对其动态冲击性能的影响。方法 对4种不同密度的聚丙烯材料进行动态压缩试验,分析接触力、位移和应变以及吸收能、比吸能的变化,从而研究动态条件下不同密度的聚丙烯材料的动态冲击性能。结果 当密度一定时,最大接触力、最大位移、最大应变、比吸能随冲击能的增大而增大。当冲击能一定时,最大接触力随密度的增大而增大,最大位移、最大应变、比吸能随密度的增大而减小。结论 考虑到轻量化以及成本因素,在安全范围内,选择缓冲材料时可以选择密度较小的聚丙烯材料。     

蜂窝纸板异面动态冲击性能的实验分析

目的以六边形蜂窝纸板为研究对象,研究厚度对其异面冲击性能的影响。方法通过动态冲击实验来分析接触力、最大接触力、最大位移、最大应变、吸收能与单位厚度冲击能之间的关系,研究厚度为30,40,50和60 mm等4种蜂窝纸板的异面冲击力学性能。结果当冲击能一定时,随着蜂窝纸板厚度的增加,接触力逐渐减小,接触时间逐渐变长;当单位厚度冲击能一定时,厚度与最大位移和吸收能成正比例关系,厚度与接触力、最大接触力、最大应变成反比例关系;对于任一厚度的蜂窝纸板,最大接触力、最大位移、最大应变、吸收能随单位厚度冲击能的增加而增加,且与其呈线性关系。结论当冲击能相同时,不同厚度蜂窝纸板的吸收能几乎相同,可知蜂窝纸板吸收能量的能力与蜂窝纸板的厚度无关,取决于冲击能量的大小。     

内含气体对蜂窝纸板异面动态冲击性能的影响

目的以六边形蜂窝纸板为对象,研究内含气体对其异面冲击性能的影响。方法通过动态冲击实验分析内含气体对接触力、最大接触力、最大位移、最大应变和吸收能的影响,得出不同孔隙率时,蜂窝纸板的接触力-时间曲线,最大接触力、最大位移、最大应变、吸收能与冲击能曲线和吸收能-孔隙率曲线。结果在给定冲击能的情况下,最大接触力与吸收能随着孔隙率的增大而减小,最大位移及最大应变随着孔隙率的增大而增大。在孔隙率一定时,最大接触力、最大位移、最大应变和吸收能随冲击能线性增大。此外,冲击能越大,接触力达到峰值的时间越短,接触持续时间越长。结论在动态冲击实验中,内含气体使蜂窝纸板吸收冲击能的能力明显增强,并且当冲击能一定时,孔隙率越大,蜂窝纸板越容易被压变形,吸收能越少。     

发泡聚丙烯的静态压缩性能

目的 以发泡聚丙烯为研究对象,研究厚度和密度对发泡聚丙烯静态压缩性能的影响规律。方法 通过静态压缩试验,得出不同密度和厚度下的力-位移曲线,进一步处理得到应力-应变曲线、能量吸收效率曲线以及比吸能、总能量吸收图和抗压强度。通过这些曲线分析密度和厚度对发泡聚丙烯材料静态压缩性能的影响。结果 密度、厚度不同的发泡聚丙烯材料,其应力-应变曲线的形态基本相同。当厚度一定时,密度越大,总能量吸收、比吸能及抗压强度也越高。当密度一定时,材料越厚,其总能量吸收越高、比吸能越低,厚度对密实化应变和抗压强度的影响可忽略。结论 在对缓冲包装进行优化设计时,为了防止出现过度包装导致资源浪费或欠包装导致被包装物出现损毁等情况,应充分比较泡沫材料的厚度和密度对缓冲和吸能性能的影响,并根据试验对比结果选择最优方案。     

EPE和EVA发泡缓冲材料吸能特性表征

研究了EPE和EVA两种发泡缓冲材料在动态冲击下的吸能特性。将落锤冲击试验得到的载荷位移数据进行处理,绘制得到了动态应力-应变曲线和动态能量吸收曲线,并重点讨论了材料厚度、密度和多次冲击等因素影响下的曲线特征。结果表明,密度和多次冲击对吸能特性影响显著。研究结论为产品包装材料合理选择和优化设计提供科学依据。     

发泡聚丙烯动态缓冲性能分析

目的研究发泡聚丙烯材料的动态缓冲特性。方法对发泡聚丙烯材料进行动态压缩试验,分析密度、厚度、跌落高度对发泡聚丙烯动态缓冲性能的影响。结果发泡聚丙烯密度越大,动态压缩特性曲线最低点对应的加速度和静应力越大,最小缓冲系数越大。发泡聚丙烯厚度越大,曲线最低点对应的最大加速度越小,对应的静应力越大。随着跌落高度的增加,曲线最低点对应的最大加速度逐渐增加,静应力逐渐减小。结论在安全范围内,考虑到轻量化和成本因素,选择缓冲材料时需要综合考虑材料的密度、厚度以及实际的运输环境。     

淀粉/PP基发泡缓冲包装材料动态冲击性能研究

目的 研究不同初始应变率和湿度条件下,淀粉/PP基发泡缓冲包装材料的动态冲击性能,并构建基于湿度及应变率的动态本构模型。方法 应用冲击试验机对淀粉/PP基发泡缓冲包装材料进行不同初始应变率及相对湿度下的动态冲击实验,得到其应力–应变曲线,并构建动态本构模型。结果 动态冲击下,材料的应变率效应较为明显,该材料的应力和能量吸收随着初始应变率的增加而增加。在相对湿度为50%的条件下,当应变为0.6时,随着初始应变率由30 s⁻¹分别增加至34.6、38.6 s⁻¹,材料的应力分别增加了36.1%和50.4%,能量吸收分别增加了25.8%、36.4%。该材料对环境湿度较为敏感,该材料动态冲击力学性能随着相对湿度的增加显著降低,在初始应变率为38.6 s⁻¹条件下,当应变为0.6时,随着相对湿度由50%增加到70%、90%,该材料的应力分别下降了9.7%和11.3%。另外,构建了基于初始应变率和湿度的淀粉/PP基发泡材料的动态冲击本构模型。结论 初始应变率与湿度对材料的缓冲性能有一定的影响。基于初始应变率和相对湿度的动态冲击本构模型,通过实验进行了验证,实验数据和本构模型一致性较好,该本构模型可用于预测该材料的动态冲击应力–应变曲线。     

多次压缩载荷下聚丙烯挤出发泡材料的吸能特性

以化学交联法制备的改性聚丙烯(PP)为基体材料,偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂,采用挤出法制备了PP发泡材料,研究了循环压缩、残余应变对发泡材料吸能特性的影响。结果表明,材料的能量吸收能力及吸能效率均随循环压缩次数增加而下降;定应变循环压缩模式下,能量吸收能力及吸能效率随泡沫密度的下降而下降,变应变模式时材料密度对能量吸收能力及吸能效率没有明显的影响规律。此外,材料的吸能特性随残余应变值的增加而下降。     

循环压缩和冲击下聚氨酯发泡塑料的能量吸收

基于聚氨酯发泡塑料的准静态压缩和落锤冲击试验,分析其在中低应变率下的力学性能和能量吸收性能,得到了该材料的应力-应变曲线和能量吸收图,研究了不同应变率和循环静动态试验对该材料缓冲性能的影响。随着初始应变率由2.56×10-3s-1(准静态)增加至4.01×101s-1、5.08×101s-1和5.68×101s-1,材料的应力和能量吸收明显增大,应变为0.4时动态应力分别比静态应力增加了54.34%、79.35%和114.49%,所吸收的能量分别比静态增加了18.98%、30.09%和65.74%。对同一试样先后进行五次循环准静态压缩或落锤冲击试验,与首次试验相比第二、三、四、五次试验应力和能量吸收明显下降,应变为0.4时静态应力分别下降了18.48%、32.97%、36.59%和39.49%,动态应力分别下降了20.81%、28.48%、34.75%和34.75%,准静态压缩能量吸收分别下降了24.54%、37.50%、40.74%和43.52%,落锤冲击能量吸收分别下降了15.30%、24.20%、30.25%和30.96%。中低应变率下,聚氨酯发泡塑料的应变率效应十分明显,循环准静态压缩和落锤冲击效应同样十分明显。循环试验达到一定次数后,材料缓冲性能基本保持不变,可用此数据作为缓冲包装设计的依据。研究结果对于聚氨酯发泡塑料的合理缓冲包装设计有指导意义。     

EP含量对PP/PP-g-MAH/EP微孔发泡复合材料发泡行为及力学性能的影响

采用化学发泡法制备了聚丙烯/聚丙烯接枝马来酸酐/环氧树脂(PP/PP-g-MAH/EP)微孔复合发泡材料,研究了EP粉体含量对其发泡行为及力学性能的影响。结果表明,EP粉体在发泡过程中起异相成核作用,且与PP-g-MAH反应形成的交联网络结构提高了复合材料的熔体强度,从而显著改善了泡孔结构。随着EP含量增加,微孔发泡材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都呈现先增大后减小的趋势。当EP含量为5%时,复合材料的泡孔尺寸最小,泡孔密度最大,泡孔分布最均匀,微孔发泡材料的冲击强度最大;当EP含量为1%时,拉伸强度、弯曲强度最大,发泡材料的综合力学性能最佳。     

Numerical Study on Hybrid Tubes Subjected to Static and Dynamic Loading

The commercial finite element program LS-DYNA was employed to evaluate the response and energy absorbing capacity of cylindrical metal tubes that are externally wrapped with composite. The numerical simulation elucidated the crushing behaviors of these tubes under both quasi-static compression and axial dynamic impact loading. The effects of composite wall thickness, loading conditions and fiber ply orientation were examined. The stress–strain curves under different strain rates were used to determine the dynamic impact of strain rate effects on the metal. The results were compared with those of a simplified analytical model and the mean crushing force thus predicted agreed closely with the numerical simulations. The numerical results demonstrate that a wrapped composite can be utilized effectively to enhance the crushing characteristics and energy absorbing capacity of the tubes. Increasing the thickness of the composite increases the mean force and the specific energy absorption under both static and dynamic crushing. The ply pattern affects the energy absorption capacity and the failure mode of the metal tube and the composite material property is also significant in determining energy absorption efficiency.     

正棱台缓冲垫结构参数对静态缓冲性能的影响

目的研究不同结构参数的正棱台缓冲垫(EPS)在接触面积相同且体积相同时静态缓冲性能的差异。方法以发泡聚苯乙烯(EPS)为试验材料,设立10组接触面积相同,体积相同,厚度及斜面倾角不同的正棱台结构样本,利用万能材料试验机对10组样本进行静态压缩试验,得到10组不同结构参数的应力-应变曲线、应变能-应变曲线、应变能-应力曲线及缓冲系数-静应力曲线。结果随着斜面倾角的增大,缓冲垫的刚度逐渐增大,能量吸收增大,当斜面倾角大于等于70°后,缓冲性能基本相同;在缓冲垫受到同等冲击强度条件下,斜面倾角为80°时正棱台缓冲垫的缓冲性能最好,应变能最大,且其产生的变形量及应力均小于普通六面体缓冲垫。结论在包装设计过程中,可将接触面的侧面设置为80°倾角,按照此结构设计包装,产品更安全,接触部位厚度可降低25.12%,真正实现了降本增效。     

Numerical simulation of stress and deformation in a railway crossing

Stress/strain analysis is the key to understanding and predicting wear and fatigue behavior of a crossing. By taking into account non-linear material properties, a three dimensional elastic–plastic finite element model, which is composed of wheel, crossing and ties, is presented for the simulation of stress/deformation in a railway crossing. The influences of dynamic wheel load and wheel–crossing contact are examined. Stress, plastic strain and vertical displacement of the simulated crossing under dynamic wheel load at different wheel–crossing contact positions are investigated. The maximum vertical displacement occurs at the wheel–crossing contact region, and decreases gradually from the wheel–crossing contact region to the toe-end and heel-end of the crossing. The maximum von Mises stress and maximum equivalent plastic strain in the crossing increase remarkably with the increase of the train speed. The maximum vertical displacement in the crossing increases obviously and varies linear approximately with the train speed. The maximum von Mises stress, maximum vertical displacement and maximum equivalent plastic strain in the crossing are very sensitive to the axle load and are linear approximately with the axle load.     

蜂窝金属夹芯板重复冲击动态响应研究

蜂窝金属及其夹芯结构是一种物理功能与结构一体化的新型轻质高强结构,广泛应用于结构轻量化与碰撞冲击防护领域。采用ABAQUS非线性有限元软件建立了蜂窝金属夹芯板(honeycomb sandwich panel,HSP)结构动态冲击数值仿真模型,数值仿真计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了数值仿真模型的正确性。在此基础上,开展了重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构动态响应研究,得到了重复冲击力时程曲线、动态变形时程曲线、冲击力位移曲线以及最终挠度,分析了冲击能量、蜂窝壁厚以及上、下面板厚度分配对蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应的影响规律。研究结果表明,重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构上、下面板弯曲变形以及蜂窝芯层压缩变形逐渐积累,蜂窝芯层薄壁结构逐渐达到密实化,结构抗弯刚度逐渐上升,变形增量逐渐减小,结构整体能量吸收率下降。通过调节蜂窝壁厚和上、下面板厚度分配可以显著调节蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应与能量吸收性能。     

试样厚度对夏比冲击试验结果的影响

通过不同温度下的夏比摆锤冲击试验对非标准小尺寸V型缺口冲击试样的冲击吸收能量和侧膨胀值进行了分析,并结合力-位移曲线,研究了试样厚度对冲击试验结果的影响。结果表明:当试验温度高于韧脆转变温度时,冲击吸收能量与试样的横截面积有关,因此与厚度呈线性关系;而低于韧脆转变温度时,冲击吸收能量与试样厚度之间没有明显关系;试样的侧膨胀值、剪切断面率与厚度之间没有直接联系。随着试样厚度的减小,不稳定裂纹扩展起始力越来越小,从而导致冲击吸收能量减小。厚度越大试样吸收的能量越多,冲击过程中所受到的最大力也越大。