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。     

薄壁金属管塑性变形缓冲器吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了薄壁铝管塑性变形缓冲器在准静态作用下的吸能特性。为了对各种缓冲器的缓冲性能进行综合评价,给出了三类缓冲器缓冲性能的评价方法。分析了薄壁金属管塑性变形缓冲器在工作过程中的变形机理,在此基础上,提出了通过对缓冲器胀环的不定径部分进行预处理,可以大大的提高缓冲器的理想吸能效率,减小缓冲力在工作过程中的波动。最后,对12种经过预处理后的薄壁铝管塑性变形缓冲器进行了试验,结果表明,通过该方法可以大大提高缓冲器的理想吸能效率,验证了该方法的正确性与可行性。     

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。     

泡沫铝填充薄壁铝合金多胞构件与单胞构件吸能性能研究

为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的吸能能力,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的数值仿真。对经典薄壁圆管试验及泡沫铝填充薄壁圆管试验进行了数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟泡沫铝填充薄壁圆管在轴向冲击过程中的撞击力和变形发展。基于该模型对比研究了不同因素下泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的轴向吸能特性,分析了其破坏模式、吸能机理和两者吸能效率。结果表明:在轴向冲击荷载作用下,泡沫铝填充薄壁铝合金的破坏模式为轴对称渐进折叠破坏模式,冲击力-位移曲线和变形模态图显示其变形过程分为3个阶段:弹性阶段、平台阶段和强化阶段。当冲击压缩距离为构件高度的80%时,7种不同参数下的泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构的吸能效率明显高于7种单胞结构,吸收的能量E和比吸能SEA都提高了50%以上,是一种优秀的吸能构件,可广泛应用于防护工程中。     

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。     

诱导结构对泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究

建立了泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型,利用试验对泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型的准确性进行了验证。研究了诱导结构的类型和数量对泡沫铝填充薄壁方管的轴向压溃变形模式、初始峰值力、压溃力效率和能量吸收能力的影响,结果表明:设计诱导结构可以提高能量吸收能力、减小初始峰值力、增加压溃力效率,甚至可以改变压溃变形模式。沿薄壁方管的轴向方向合理地增加诱导结构的数量,可以进一步的减小初始峰值力、增加压溃力效率、提高结构的能量吸收能力。通过等级评价方法,确定沿薄壁方管的轴向方向设计4组诱导四角方孔可以使泡沫铝填充薄壁方管获得最佳的综合吸能特性。     

泡沫铝填充薄壁铝合金多胞板与单胞板吸能性能研究

为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞板(MCP)与单胞板(SCP)的吸能能力,该文设计了6种不同截面的泡沫铝填充薄壁铝合金多胞板与1种单胞板,并基于非线性有限元软件LS-DYNA建立了相应的数值模型。对经典铝合金板耐撞击试验及泡沫铝夹芯板耐撞击试验进行了数值模拟,分析表明该数值模型能较好的模拟泡沫铝夹芯板在冲击过程中的撞击力、挠度和变形形态。基于此模型对比研究了不同因素下多胞板与单胞板的吸能特性,分析了其破坏模式和吸能机理,最后通过正交试验的方法分析了不同因素下的吸能效率以及多胞板最优截面类型的选取。结果表明：在面外冲击作用下,泡沫铝填充薄壁铝合金板的破坏模式为对称圆锥式破坏,冲击力-位移曲线和变形图显示其变形过程分为两个阶段：弹塑性变形阶段和回弹阶段;在发生相同位移时,18种不同参数的多胞板,其吸收的总能量(E)和比吸能(SEA)相对于单胞板都提高了400%以上,是一种更具吸能特性的板,可广泛应用于防护工程。     

高速冲击泡沫铝填充管的瞬态分析

泡沫铝具有减震和吸收冲击能量的良好特性。但由于泡沫铝自身强度较低,单独作为承载和吸能构件实用意义不大。将泡沫铝作为填充材料能充分发挥泡沫铝的优良性能。采用数值模拟方法研究低密度Duocel泡沫铝填充薄壁方钛管和圆钛管在30m/s的匀速冲击载荷作用下的瞬态吸能特性。提出柱壳比(R)作为比较不同截面形状的泡沫铝填充结构的依据。研究发现泡沫铝填充方钛管的比吸能为ES(F+P)A=0.438J;圆钛管的比吸能为EC(F+P)A=0.344J。泡沫铝填充方钛管的吸能效果好于圆钛管,前者是后者的1.273倍。在相互作用和影响下,泡沫铝柱和管的变形模式和力学性能都发生了较大的改变,被泡沫铝填充的方管的屈曲波长变短,圆管则与之相反。粘合后,泡沫铝柱和管具有类似的力—位移曲线和相似的力学性质。     

石膏型渗流制备泡沫铝填充圆管压缩行为研究

采用石膏型渗流制备开孔泡沫铝并填充到薄壁圆管,制成泡沫铝夹心管.通过准静态压缩试验研究了泡沫铝夹心管的压缩行为.结果表明:采用石膏型渗流法制备的泡沫铝孔隙率在85％左右,其压缩变形阶段可分为弹性段、塑性平台段和致密化段;空心圆管的压缩行为与其本身的结构参数有关;泡沫铝夹心管的力学性能与吸能能力比空心圆管和泡沫铝有了一定...     

泡沫钢填充管的准静态压缩变形模式、力学性能及吸能特性

本工作以430L不锈钢粉为原料,采用粉末冶金法制备泡沫钢,然后通过物理粘结法将泡沫钢芯与薄壁金属管结合,分别对空管和泡沫金属填充管进行准静态轴向压缩实验,并对比分析空管和填充管的压缩变形模式、力学性能和吸能性能.研究表明:在压缩变形过程中,空铝管和泡沫钢填充铝管均呈现轴对称变形模式,而空钢管呈现非轴对称变形模式,泡沫钢填充钢管呈现混合变形模式;泡沫钢填充铝管抗压强度约为56.09 MPa,比泡沫铝填充铝管高1.69倍;泡沫钢填充钢管抗压强度高达116.03 MPa,比泡沫铝填充钢管高1.05倍;当应变量为40％时,泡沫钢填充铝管单位体积能量吸收值为27.93 MJ/m3,是泡沫铝填充铝管吸能值的2.91倍,泡沫钢填充钢管单位体积能量吸收值为35.98 MJ/m3,是泡沫铝填充钢管吸能值的1.15倍;当泡沫钢填充铝管的壁厚由1 mm增大到2 mm时,泡沫钢填充管的平台应力值增大1.36倍;在应变量为40％时,单位体积能量吸收值增大1.26倍,同时泡沫钢填充管在压缩过程中的变形褶皱数随着壁厚的增加而减少.     

Interaction between a liquid and a cylindrical body touching a wall

An exact solution is obtained for the problem of interaction between the ideal liquid homogeneously moving at infinity and streamlining a round cylinder touching a solid wall.     

Stress analysis of a strip with a step and a crack

Stress analysis for a strip of which widths are different at the right and left handsides is carried out for before and after occurrence of a crack at a corner of a step. The strip is analyzed as a thin plate bending problem subject to transverse bending and torsion, and as a plane eleastic problem subject to bending in the plane and uniaxial tension. The rational mapping function of a sum of fractional expressions and complex variable method are used. Stress distribution and stress intensity factors are obtained.     

Calculation of a transient in a two-pole network with a thermistor

An analytical expression is derived which describes the variation of the thermistor temperature during a relay-effect transient process following an instantaneous change in the supply voltage in an R — R_T two-pole network.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 38, No. 3, pp. 465–472, March, 1980.     

Imaging a point to a line with a single spherical mirror

Methods for imaging a single point source to a line image are discussed, and a design study of single spherical mirror systems that form aberration-free line images is presented. An expression forthe ray density along the line image is derived for such systems in the cases of (i) uniform beam profiles and (ii) Gaussian beam profiles. The resulting ray density profiles are illustrated for single spherical mirror systems over a wide range of design parameters.     

Influence lines for bending under a ring load of a free shell,a shell embedded in a soft medium and a shell containing a soft core

Summary Theoretical expressions for stresses and displacements have been derived for bending under a ring load of a free shell, a shell embedded in a soft medium, and a shell containing a soft core. Numerical work has been done for typical cases with anElliot 803 Digital Computer and influence lines are drawn therefrom.

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Einflußlinien für die Biegung einer freien Schale, einer Schale in einer weichen Bettung und einer Schale mit weichem Kern

Zusammenfassung Für die Biegung einer freien Schale, einer weich gebetteten Schale und einer Schale mit weichem Kern unter einer Ringlast werden Ausdrücke für die Spannungen und Verschiebungen hergeleitet. Die Ergebnisse wurden für einige typische Fälle mit einem DigitalrechnerElliot 803 numerisch ausgewertet. Die sich ergebenden Einflußlinien wurden graphisch dargestellt.

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Nomenclature A (),B () Functions of - a, t Mean radius and thickness of the shell - E _S , _S Young's modulus andPoisson's ratio of the shell - G _c , _c Shear modulus andPoisson's ratio of the casting or core - I ₀ (r),I ₁ (r) ModifiedBessel functions of the first kind and order zero and one respectively - K ₀ (r),K ₁ (r) ModifiedBessel functions of the second kind and order zero and one respectively - p Ring load, lb/in - U, W Displacement components in the casing or core in thez andr direction - u, w Displacement components of a middle surface point in the shell - _r , _rz Radial and shearing stress components - Independent variable of infinite integrals - k [3(1–S ²)a ²/t ²]^1/4 With 13 Figures     

Analysis of a Premature Failure of a Hub from a Diesel Generator of a High-Speed Motor Ship

Failure analysis is carried out on a fractured hub obtained from a diesel generator of a high-speed motor ship. Macrofractography, microfractography, standard optical metallography, material characterization techniques, and numerical modeling were used to verify the findings of the current investigation. Cracking initiation is attributed to fretting fatigue caused by a modification performed in the vicinity of the fractured hub. Operational vibrations contributed to the propagation of the cracks as typical fatigue cracks until final fracture.     

Piercing a metallic barrier with a jet of a dilute polymer solution

Results are shown pertaining to the action of jets of dilute polymer solutions on solid barriers. The piercing of a barrier is explained by the viscoelastic properties of aggregates which, during an impact, behave like solid particles.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 25, No. 6, pp. 1090–1094, December, 1973.     

Interaction between a cylindrical shell in a fluid and a pulsating bubble

The dynamic behavior of a cylindrical fluid-immersed shell in a pressure wave initiated by a pulsating vapor-gas bubble that develops as a result of the action of laser radiation on the absorbing medium (metal) is examined experimentally and theoretically. The results of the experiments suggest that the amplitude of the shock wave that develops as a result of complete or partial vaporization of the absorbing medium is appreciably smaller than the amplitude of the waves due to pulsations of the bubble that is formed. Experimental data on the pattern of structural deformation are confirmed by calculations. The effect of load simulation on the behavior of the shell is established according to computational data.Translated from Problemy Prochnosti, No. 6, pp. 116–120, June, 1990.