基于磁流变弹性体的缓冲装置设计及其冲击响应特性研究

利用聚氨酯基磁流变弹性体,结合ANSYS有限元仿真,设计制作了一种剪切式磁流变弹性体缓冲装置。搭建自由跌落冲击试验系统和冲击响应谱试验系统分别测试了该缓冲装置的冲击响应特性,研究了在不同磁场下缓冲装置的缓冲性能。实验结果表明在自由跌落冲击和冲击响应谱两种试验中,所设计的磁流变弹性体缓冲装置都具有较高的缓冲率,且装置的缓冲率随着磁场的增加而增大,表明磁流变弹性体缓冲装置起到了一定的缓冲作用,且可以实现外加电流对其缓冲效果的控制,该研究为磁流变弹性体在半主动/主动隔振缓冲领域的应用做出了有益探索。     

船用主汽轮机汽缸冲击响应的计算与实验研究

目前船用大型设备的抗冲击性能研究主要采用数值手段进行仿真,而相关实验研究较少,数值计算的精度能达到多少还不确定。为此以船用主汽轮机汽缸为研究对象,建立有限元模型,采用时域模拟法计算汽缸模型在冲击载荷作用下的响应;以计算结果为指导,在大型冲击振动台上进行扫频、冲击实验。将计算值与实验值对比验证,证明计算模型和方法的正确性,分析误差产生原因,评估结构的强度。研究表明：时域模拟法计算的结果比实验值有30%左右的误差;实验与数值计算相结合才能合理的对设备进行抗冲击分析。     

混凝土圆柱体试件在低速冲击下动力效应的研究

为研究混凝土圆柱体试件在冲击荷载作用下的动力效应,利用落锤冲击试验机,对混凝土圆柱体试件在应变率100~101/s范围内进行轴向冲击试验,并采用混凝土连续面盖帽模型（CSCM）对试验过程进行数值模拟。试验中测量不同冲击速度及冲击边界下的锤头冲击力、试件轴向应变时程曲线,获取了试件破坏形态及破坏过程的高速影像,比较分析了不同冲击速度及边界条件下,试件应力、应变峰值,应变率及动力增强系数（DIF）的变化规律。结果表明：随冲击速度的增加,试件的应力、应变峰值,应变率及动力增强系数都呈增加的趋势,冲击力作用时间则减小。混凝土平均强度与冲击速度呈抛物线关系,应变率则与冲击速度呈线性关系。模拟结果表明,CSCM混凝土本构模型在低速冲击范围内,有很好的计算精度,模拟破坏形态与试验结果吻合良好。     

矩形脉冲激励下悬挂式弹簧系统冲击特性的研究

以悬挂式弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性无量纲动力学方程,利用龙格—库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统悬挂角为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了系统悬挂角以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,系统悬挂角、阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为悬挂式弹簧减振系统的设计提供理论依据。     

月球探测器软着陆冲击力学环境研究

针对我国月球探测二期工程中将会遇到的月面软着陆任务,分析探测器的着陆冲击力学环境。提出一种适用于探测器方案设计阶段的着陆冲击力学环境预示方法：利用探测器着陆稳定性试验中测得的缓冲机构作用力作为激励,采用有限元方法求解系统的动力学响应;采用加速度响应的冲击响应谱描述探测器着陆冲击力学环境;用响应谱的包络加上一定的安全系数来确定探测器着陆冲击的最大期望环境。对某探测器的具体分析表明：由于着陆缓冲机构的缓冲特性,软着陆冲击力学环境的能量主要集中在接近准静态的低频段,而在高频段没有比运载发射阶段力学环境更严酷。因此在低频段需要设计专门的试验标准来考核设备     

两端并圈多股弹簧的冲击响应研究

针对实际工作中的多股簧是两端并圈,且主要用作往复运动中的复进簧来承受冲击载荷的问题,推导了两端并圈多股簧的中心线数学模型,通过CATIA软件生成了两端并圈多股簧的三维几何模型,进一步建立了两端并圈多股簧的有限元冲击模型并利用ABAQUS软件进行冲击响应计算。计算结果表明：多股簧受冲击载荷时,使各簧圈产生振动,弹簧上各质点的运动以纵波的形式向固定端传递,并会在固定端和受力端反射,因此弹簧上各质点的位移和速度不再沿轴向呈线性分布;受力端变形大,固定端基本没有变形,当冲击载荷超过极限值时,就会使多股簧的簧圈产生压并现象;实际设计多股簧时,必须进行冲击响应分析,合理选择多股簧的刚度,避免压并现象的发生。     

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

摘要：为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明：闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。     

基于光纤光栅传感器的复合材料层合板冲击能量研究

复合材料结构较容易产生结构表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后光栅中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光纤光栅传感器对复合材料智能结构受到的低速冲击能量给出判别,并对通过光纤光栅解调仪采集下来的低速冲击信号进行频谱分析。在计算冲击信号所有能量等级的频谱峰值后,给出可以界定能量等级的频谱峰值临界值,利用其来判别低速冲击能量等级。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料受到冲击的信号,能够对复合材料结构低速冲击进行能量等级判断研究     

飞船返回舱着水与着陆工况冲击兼容性设计分析

返回舱在返回过程中可能偏离预定地点从而导致回收方式的改变,并且影响航天员和仪器的着陆安全。     

点式火工分离装置冲击载荷作用机制的数值模拟研究

为定量分析点式火工分离装置冲击载荷作用机制,以典型爆炸螺栓连接结构为对象,分别建立了爆炸过程、应变能释放过程、撞击过程的数值计算模型,分析了分离过程中三种不同的物理过程及其诱发响应的机制,讨论了不同阶段不同区域内的结构响应特征。得到的结果符合相关标准描述的一般规律。文章首次从定量角度研究了分离过程中三种机制对响应的贡献及其特征,计算结果为今后相关产品的设计、试验与评估提供了参考,也为爆炸分离冲击载荷与响应机制认识提供了一种可行的数值分析方法。     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构低速冲击性能数值模拟

嵌入式共固化复合材料阻尼结构是一种新型阻尼处理结构,在航空、航天、高速列车等高科技领域有广阔的应用前景。采用LS-DYNA显式动力学软件建立了该结构的有限元分析模型,对这种新型阻尼结构的低速冲击性能进行数值模拟,并将数值模拟结果与实验数据进行比较以说明模拟方法的有效性。结果表明这种新型复合材料阻尼结构的抗冲击性能大大优于相同材质的复合材料结构。     

多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构动力学性能

为大幅度地提高复合材料结构动力学性能,首先提出了新型多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构,并按照玻璃纤维/环氧(5231/EW180B)预浸料固化工艺曲线将其制成嵌入式中温共固化多层阻尼薄膜复合材料试件;然后,探索使用模态应变能有限元数值模拟法对该结构的动力学性能进行了研究;最后,将结果与模态分析实验数据进行对比,并获得了多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构模态参数随阻尼层的厚度、数量、位置和分布的变化关系。结果表明:多层阻尼薄膜嵌入的复合材料结构能显著提高整体结构的一阶模态损耗因子。研究结果为轻质大阻尼复合材料结构设计理论和制作工艺的进一步研究奠定了基础。     

嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构动力学性能分析

建立嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构（ECPDLCS）的有限元模型（FEM）,提出用改进的应变能法分析该穿孔结构的阻尼损耗因子,模态分析实验验证了文中数值模拟模型和方法的有效性。用验证的模型和方法分别研究了阻尼层厚度、穿孔孔径和孔距对整体结构模态损耗因子和频率的影响,以及在阻尼层面积比相同的情况下,孔径和孔距的分布与复合材料整体结构动力学性能的关系。结果表明：增加阻尼层厚度、减小阻尼层穿孔孔径和孔距,均有利于增大模态损耗因子,但结构固有频率则会有不同程度地降低;在相同面积比的情况下,损耗因子随着孔距和孔径的增加而增加,而固有频率则随之降低。文中的模型和方法对ECPDLCS的动力学性能理论预估具有重要的指导意义。     

嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能

使用正交实验法, 研制出满足嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构制作工艺要求的黏弹性材料组分, 提出使用刷涂工艺代替压片工艺制备黏弹性材料薄膜, 并对两种工艺制备的碳纤维/双马来酰亚胺(T300/QY8911)复合材料试件进行层间剪切测试, 获得了薄膜厚度与层间最大剪切应力的变化关系, 实验数据表明: 刷涂工艺能提高嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能10%以上, 而且阻尼层越薄, 提高幅度越大; 失效表面证明: 刷涂工艺所制得试件能在阻尼薄膜与复合材料界面间形成互穿网络结构。     

温湿效应下嵌入式共固化复合材料阻尼性能

将温湿环境实验与阻尼性能测试技术相结合,搭建了温湿环境中嵌入式共固化复合材料阻尼性能的实验测试平台,提出使用最小二乘技术求解相对阻尼系数的新方法,分别探讨了温度和湿热耦合参数对嵌入式共固化碳纤维/双马来酰亚胺复合材料阻尼系数的影响曲线。结果表明:嵌入式共固化复合材料的相对阻尼系数随温度的升高先增加再减小后增大;湿热耦合作用下相对阻尼系数随湿度和温度的提高而增大。为该新型复合材料阻尼结构的设计和全天候应用奠定了基础。      

基于遗传算法的嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构优化

该文建立嵌入式共固化穿孔粘弹性层复合材料结构的遗传算法优化模型,采用混合编码方式对嵌入穿孔阻尼层的复合材料结构试件的粘弹性层穿孔布局进行优化,目标是在增大结构阻尼的同时尽量减少结构的刚度损失。研究结果表明：在不考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼和刚度的敏感度时,最优方案是穿孔直径为2mm,孔距为9.90mm,此时阻尼层面积比为96.8%;在考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼和刚度的敏感度时,最优方案是穿孔直径为2mm,孔距为9.06mm,此时阻尼层面积比为96.2%。研究结果对大阻尼高刚度嵌入式共固化复合材料阻尼构件的设计制作有重要指导意义。     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构隔声性能实验研究

本文使用丁基橡胶作为粘弹性阻尼材料的主要原料,并使用模压法将该阻尼材料制成薄膜,再与环氧树脂玻璃布预浸料按固化曲线制得嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件。然后使用驻波管法研究其隔声性能。试验结果表明：嵌入较薄阻尼层会在几乎不改变构件刚度的情况下增大试件的阻尼,提高试件低频隔声性能。而嵌入阻尼层较厚时,隔声量对构件阻尼层厚度的变化已不再敏感,主要由于刚度的提高,使得试件的隔声性能有所提高。所以,试图通过提高嵌入式共固化复合材料阻尼层的厚度来增大隔声量是不合适的。     

共固化阻尼复合材料研究进展

文中综述了共固化阻尼复合材料结构近年来的研究成果,包括共固化阻尼复合材料结构的共固化工艺类型、黏弹性阻尼材料的选择范围,并对阻尼薄膜的制作工艺、阻尼薄膜的结构以及处理方式行了概括。此外,对环氧树脂基与双马树脂基共固化阻尼复合材料的实验方法、数值模拟及理论分析做了总结,最后对共固化阻尼复合材料结构存在的不足及未来的发展趋势进行了展望。提出未来应用中需要继续研究解决的问题,以上工作对于深入探索大阻尼高刚度复合材料构件具有一定的参考意义。     

高温老化后嵌入式共固化阻尼复合材料结构的阻尼性能

在综合研究双马来酰亚胺树脂基碳纤维预浸料(T700/QY260)和AFLAS氟橡胶的力学性能、阻尼性能和耐高温性能基础上,通过试验的方法提出一种能够耐260℃超高温度的黏弹性阻尼材料。利用四氢呋喃溶液将该黏弹性阻尼材料制成阻尼胶浆溶液,结合双面刷涂和热压罐工艺制备出嵌入式共固化阻尼复合材料试件,利用自由振动衰减实验方法对该试件分别做常温、230℃*96 H、260℃*96 H老化实验处理后相对阻尼系数的测定,得到不同温度老化处理后的嵌入式共固化阻尼复合材料的相对阻尼系数与阻尼材料厚度的关系,证明了所制备的嵌入式共固化阻尼复合材料具有优异耐超高温性能和稳定的阻尼性能。     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构吸湿处理后的层间结合性能

采用压片工艺和刷涂工艺制备了碳纤维/双马来酰亚胺(T300/QY8911)嵌入式共固化复合材料阻尼结构(ECCDS)试件。对T300/QY8911复合材料阻尼结构试件的吸湿特性进行了研究,获得了吸湿率与阻尼层厚度的关系;对两种工艺制备的复合材料吸湿处理后的层间结合性能进行了研究,分析了阻尼层厚度与层间最大剪切应力的关系。结果表明:含穿孔黏弹性阻尼层的ECCDS能明显提高吸湿处理后的层间结合性能,为ECCDS的理论设计和应用研究奠定了基础。