AZ31B镁合金挤压矩形管的轴向压溃试验与吸能特性分析

对AZ31B镁合金挤压矩形截面管进行准静态轴向压溃试验,研究其破坏模式和吸能特性,并探索管件长度、截面尺寸、倒角诱导因素等对吸能特性的影响。结果发现镁合金矩形管轴向压溃时存在两种破坏模式:整体破坏模式和渐进破坏模式,无倒角时管件发生整体破坏,而管端有倒角时主要从倒角端开始发生渐进破坏。渐进破坏模式有利于管件吸收能量。镁合金管件具有良好的吸能特性,其比吸能优于钢管、铝合金管和复合材料管。     

复合材料货舱地板立柱压溃响应试验

复合材料已经在民用飞机结构上得到广泛应用,并逐渐应用到主承力结构中,复合材料的脆性特点给飞机的适坠性设计和评估提出了新的挑战。复合材料机身货舱地板支撑立柱作为坠撞过程中的重要吸能元件,对机身结构抗坠撞性能有重要影响。复合材料货舱地板支撑立柱在压溃失效模式下吸收的能量明显多于整体弯曲失效模式。根据民用飞机复合材料货舱地板立柱的设计需求,对不同试件触发模式、高度、截面形式、截面面积等设计参数变化的T700GC碳纤维/环氧树脂复合材料立柱开展准静态和动态压溃试验,得到立柱吸能特性的关键影响参数和设计因子。      

纤维铺层角度对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性影响研究

研究T700/3234复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性受纤维铺层角度变化的影响规律。开展复合材料力学性能试验和薄壁圆管轴向准静态压溃试验。通过对比圆管轴向压溃峰值载荷及比吸能等指标的试验结果,验证建立的复合材料圆管有限元模型和分析方法。基于验证的有限元分析方法,探讨了复合材料纤维铺层角度的变化对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响规律。结果表明,在准静态轴向压缩载荷下,随着纤维铺层角度的增大,比吸能先增大后减小;纤维角度为±45°时,初始峰值载荷最低,载荷效率最高,圆管易于进入渐进破坏吸能阶段。研究结果可为复合材料纤维铺层角度设计及复合材料薄壁结构有限元建模提供参考。     

VRB变厚板典型结构件性能对比试验

目的研究VRB与等厚板成形件在吸能特性和抗弯性方面的差异。方法通过准静态压溃、动态压溃及三点弯曲试验,获得并对比分析VRB变厚板的帽型梁典型结构件性能。结果变厚帽型梁的特殊结构在进行压溃变形时能起到诱导槽的作用;VRB帽型梁相比同质量的等厚板帽型梁,降低了峰值力,且吸能效果更优;随着帽型梁厚度(质量)的增加,冲击速度的提高,峰值力升高,吸收的能量增大;变厚板帽型梁的过渡区位置、过渡区长度、厚度分布等结构参数对抗弯承载性能有较大的影响。结论变厚板与等质量的等厚板成形件相比,有更好的结构性能特性。     

铺层顺序对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响研究

采用仿真和试验相结合的方法探讨复合材料薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的失效吸能特性和吸能机理。首先,建立复合材料薄壁圆管"层合壳"有限元模型,通过显式动力学方法求解其在准静态轴向载荷下的压溃失效力学行为。仿真与试验结果在圆管轴向压溃变形过程、初始峰值载荷、平均压溃载荷及比吸能等主要吸能参数上具有很好的一致性,验证了"层合壳"复合材料圆管有限元模型和建模方法的有效性。其次,采用解析模型与仿真分析方法分别对[0/90]_3s、[0/90/0₂/90₂]_s、[0₃/90₃]_s三种不同铺层顺序的复合材料圆管的屈曲载荷与吸能特性进行了对比,进一步分析了铺层顺序对圆管失效吸能特性的影响。研究表明,0°与90°铺层交替程度对复合材料圆管的吸能特性影响较大,保证纤维失效方式在结构宏观失效中占主导地位能够提高材料失效吸收能量。     

含随机不确定参数复合材料薄壁结构吸能特性评估方法研究

针对复合材料力学性能分散度大、加工精度低,导致复合材料薄壁吸能因素不确定等,提出含随机不确定参数复合材料薄壁结构吸能特性评估方法。考虑材料力学性能及结构特征尺寸的不确定性,评估准静态压溃条件下薄壁圆管峰值载荷及比吸能指标。据试样级材料性能实验确定各参数分布特征;用Plackett-Burman方法选实验点,采用显式求解有限元方法分析选出对比吸能、峰值载荷影响显著的参数;建立影响显著参数及结构吸能特性指标间二阶响应面函数;据参数分布抽样计算获得吸能特性指标分布情况。结果显示,对复合材料薄壁圆管而言,纤维方向拉伸、压缩强度及圆管壁厚、基体压缩强度对其轴向压溃的比吸能及峰值载荷影响显著。     

复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃失效行为

有效的触发机制能诱导并改善复合材料吸能结构的轴向渐进压溃行为,但仍无法解决汽车吸能结构在斜向冲击载荷下的失稳问题。为了提出新的设计来改善失稳行为,对复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃行为和失效机制进行研究。建立引入半圆凹槽触发机制的圆管有限元模型,采用界面和层内非线性损伤演化模型来模拟其真实的压溃失效模式。通过对比模拟和实验对应的轴向压溃载荷、吸能和失效模式来验证圆管的准静态压溃模型。进而,预测斜向压溃角度(10°～50°)对圆管在半圆凹槽触发机制下压溃行为的影响,并详细揭示其轴向和斜向压溃失效机制及其区别。结果表明,压溃载荷、吸能及失效面积随角度增大而明显减小,不稳定的压溃过程使材料失效耗能不充分。圆管在轴向压溃下表现为渐进破坏,而在斜向压溃下以“渐进破坏”向“失稳破坏”过渡为特征,导致斜向压溃载荷与吸能曲线均存在一个过渡。本研究加深了对圆管在外部触发机制下斜向压溃失效机制的理解,为改善斜向压溃失稳行为提供了一定的设计依据。     

变刚度碳纤维/环氧树脂复合材料薄壁圆管轴向压溃响应与破坏机制

通过控制缠绕线型改变轴管纤维角度,制备了一种轴向刚度渐变、压溃稳定的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)变刚度薄壁圆管。对变刚度、[±45°]_n以及[90°]_n三类CFRP缠绕轴管进行轴向准静态压缩测试,结合数字图像相关技术(DIC)及有限元结果,对比三类结构压溃初始应变模式、损伤演化与应力状态结果,研究了变刚度结构的压溃响应与破坏机制。结果表明:不同纤维角度CFRP轴管因轴向刚度不同,压溃的初始破坏与损伤演化过程相异,三类结构产生不同的压溃响应与破坏模式。变刚度区连续变化的大角度纤维能有效地引发分层和"开花式"混合破坏,缓慢释放应变能,使变刚度CFRP轴管吸能效果明显优于其他两类结构。其峰值载荷为66.97 kN,压溃效率为50.8%,比吸能为10.1 kJ/kg,相对于[±45°]_n结构比吸能提升156.35%,压溃效率提升518.76%,相对于[90°])n结构比吸能提升16.9%,压溃效率降低27.3%。     

矿用防冲方形折纹薄壁构件吸能特性数值分析

为有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出了一种矿用防冲方形折纹薄壁构件,构件防冲体现在构件被压溃过程中吸收冲击能和压溃空间给煤岩提供了一定的能量释放空间。采用ABAQUS有限元软件模拟了不同壁厚、轴向堆积不同模块个数的构件的吸能特性,并与常规方形薄壁进行了对比分析。结果表明:1方形折纹薄壁构件与常规方形薄壁构件相比有较低的压溃峰值载荷,有较高的总吸能和比吸能,防冲性优势明显。2减小折纹薄壁构件的壁厚和减小模块长度来增加构件轴向模块个数均能有效降低压溃峰值载荷,但同时也降低了总吸能和比吸能。根据模拟结果,选定了矿用防冲方形折纹薄壁构件尺寸,并进行了实验研究,证明了模拟的准确性。防冲构件与现有支架相结合使用,可使现有支架成为顶梁防冲支架、底梁防冲支架、两帮防冲支架、防冲液压支柱等。     

圆弧刻槽薄壁圆管轴向压溃吸能特性数值研究

目的为了提高能量吸收效率,设置出一种合理的诱导结构,对吸能构件产生积极影响。方法薄壁圆管设计一种环向圆弧刻槽诱导结构,在不同长径比、径厚比和刻槽深度的条件下研究薄壁结构吸能特性。结果吸能量与圆管长径比和径厚比成反比,初始压溃载荷随刻槽深度增加而减小。结论在不同的条件下,刻槽结构能够有效降低初始载荷,并获得较为平稳的压溃载荷平台。