EPE网套包装皇冠梨的静力学特性及损伤研究

目的 模拟皇冠梨在物流运输中受静压情况,研究发泡聚乙烯（ExpandablePolyethylene,EPE）网套包装皇冠梨在横向、纵向及斜向上的静压力学特性及损伤。方法 主要采用皇冠梨准静态压缩试验和有限元分析法。结果 横向、纵向及斜向仿真与试验的结果相对误差分别为1.21%、5.49%和5.55%,验证了有限元模型的准确性。与皇冠梨裸果相比,在横向、纵向及斜向静压下,EPE网套包装皇冠梨出现初始损伤的位移分别提高了3.5倍、2.9倍和2.3倍;压缩位移为15mm时,EPE网套包装皇冠梨承受的静压力分别减小了76.1%、74.4%和51.0%;梨果压缩至破裂时,EPE网套包装皇冠梨承受的静压力分别提高了17.9%、14.9%和21.5%,抵抗外界变形量分别提高了1.9倍、1.8倍和1.7倍。EPE网套包装皇冠梨损伤面积和体积百分比均保持在5%以下。结论 EPE网套包装对静压下皇冠梨的缓冲效果明显,提高了其静压承载力,减小了静压损伤,可为皇冠梨缓冲包装设计及采收减损提供一定的参考。     

皇冠梨采后冲击损伤影响因素研究及模型预测

目的 考虑到皇冠梨在储运过程中损伤严重,探究跌落冲击及果实本身特性对水果的损伤的影响,为皇冠梨的减损提供理论依据。方法 以河北赵县皇冠梨为研究对象,研究跌落高度、接触材料、果实硬度、曲率半径以及环境温度对皇冠梨冲击损伤的影响,并利用多元线性回归分析方法,建立皇冠梨果实的损伤预测模型（P≤0.05）。结果 跌落高度与损伤面积呈线性相关,皇冠梨分别与钢板和橡胶板冲击时产生临界损伤的跌落高度为30 mm和50 mm,而与本实验选取的EPE板和瓦楞纸板冲击时产生临界损伤的跌落高度为220 mm和340 mm。皇冠梨与EPE板冲击时表现为当跌落高度小于400 mm时,果实曲率半径越小,损伤面积越大;当跌落高度大于400 mm时,较大的曲率半径导致更大的损伤面积,果实硬度越小,冲击时损伤面积越大,环境温度越高,损伤越严重。结论 接触材料种类和果实本身特性对水果冲击损伤有较大影响。依据试验结果建立了损伤预测模型,预测模型可为皇冠梨自动化采摘、分级装备以及贮存、运输包装提供一定的理论指导。     

92负刚度蜂窝结构压缩性能分析

为准确开展以黏弹性材料为载体的负刚度蜂窝结构数值模拟研究,提出一种基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构压缩性能数值模拟法。进行了尼龙12的动态机械分析(DMA)测试,基于广义Maxwell模型拟合实测动态模量数据,得到反映尼龙12动态黏弹性的无量纲模量g_i和松弛时间τ_i。建立了负刚度蜂窝结构的有限元模型,基于实测的动态黏弹性参数,进行压缩性能的数值模拟研究,并同压缩试验结果进行比较,验证了数值模拟的准确性,利用数值模拟研究几何参数对结构压缩性能的影响规律。结果表明,基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构数值模拟分析法可较准确模拟结构的压缩性能,为预测负刚度蜂窝结构的力学性能提供帮助。     

振动参数与梨损伤特性和黏弹性的关系

研究运输过程中梨因振动引起的损伤以及其黏弹性的变化。利用振动台模拟运输条件,用DASP对信号进行采集并进行分析,用质构仪对梨果实进行黏弹性分析,并建立相应的流变模型,进行参数识别。梨果实的损伤体积和加速度传递率随振动加速度的增大而增大,随频率的增大而减小;梨果实的蠕变量随振动时间的延长而增大,随振动频率的增大而减小;相同振动加速度下低频对梨果实的运输最为不利,相同振动频率,振动加速度越大,对梨损害越严重。     

复合材料泡沫夹层板准静态压痕实验的有限元模拟

采用准静态压痕(QSI)实验对复合材料泡沫夹层板进行研究,通过实验获得复合材料泡沫夹层板的损伤阻抗特性。使用ANSYS建立复合材料夹层板准静态压痕实验的有限元模型,使用刚度折减方法模拟持续加载过程中的芯体失效过程,建立了复合材料泡沫夹层板在准静态压痕力作用下损伤阻抗特性的预测方法。通过有限元结果与实验结果比较,验证了模型的准确性和合理性。     

新型自复位黏弹性阻尼支撑力学性能研究

提出了一种新型的自复位黏弹性阻尼支撑(self-centering viscoelastic damping brace,SCVEDB),该支撑利用形状记忆合金的拉伸变形和黏弹性材料的剪切变形共同耗散能量,同时利用形状记忆合金的超弹性特性复位。设计和加工了SCVEDB最基本的模型,对该支撑试件进行了循环往复荷载作用下的力学性能试验,研究了位移幅值、加载速率、SMA丝数量、黏弹性材料的厚度对其性能的影响,同时通过割线刚度、耗散能量、等效阻尼比、自复位比4个参数量化分析了SCVEDB的力学性能。对SMA丝进行了循环拉伸试验,利用OpenSees平台建立了SMA的材料本构数值模型,然后将其与模拟黏弹性材料的Bouc-Wen模型并联,建立了该支撑的力学模型,进而模拟了支撑的力学性能,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

蜂窝纸板静态弹性与黏弹性特性建模与参数识别

目的研究蜂窝纸板的静态力学行为。方法对蜂窝纸板试样进行压缩-恢复实验,用多项式表达试样的弹性力,用分数阶微分模拟试样的黏弹性力。考虑到试样变形和弹性力的对称性,根据压缩和恢复阶段的黏弹性力之差,利用信赖域方法识别试样的黏弹性参数,再进行试样的弹性特性参数识别。结果实验与模拟结果对比表明,提出的模型可准确模拟蜂窝纸板的力学行为,最大响应误差不超过7%。结论可利用三次多项式和五参数粘弹性模型分析蜂窝纸板的静态特性,为分析静态条件下蜂窝纸板的力学特性,研究蜂窝纸板的应力和应变的时变特性,优化包装设计方法提供了参考。     

三维正交机织玻璃纤维/环氧树脂复合材料动态力学性能的实验和理论研究

通过实验系统研究了三维正交机织玻璃纤维/环氧树脂复合材料厚度方向和面内方向的动、 静态压缩力学性能。结果表明, 动、 静态压缩载荷作用下该材料响应表现出明显的各向异性、 非线性和应变率敏感性。针对三维正交机织玻璃纤维/环氧树脂复合材料高速变形过程中不同形式的内部缺陷和微损伤的演化, 提出了一个依赖应变、 应变率的宏观损伤量, 建立了一种含损伤的非线性黏弹性本构模型。采用数据处理方法拟合了其本构方程材料参数, 在加载过程中, 模型计算值与实验结果吻合较好。     

一种弹芯用聚碳酸酯的动态力学性能研究及本构关系

为了研究一种弹芯用聚碳酸酯材料在冲击作用下的动态力学响应,利用材料试验机和SHPB装置对该材料在不同应变率条件下动静态压缩性能进行测试分析,获得了该聚碳酸酯材料不同应变率下的应力应变曲线,试验结果表明:聚碳酸酯材料的压缩过程呈现明显的黏弹性现象,其动静态屈服强度和模量随着应变率的增加而变大,塑性阶段表现为应变软化与应变硬化相互作用的结果,且不同应变率下塑性阶段的应力应变曲线切向模量近似相等;基于试验结果建立了描述聚碳酸酯材料大变形力学行为的黏弹塑性本构模型,并得到了该材料的本构方程。对比分析显示,该模型可以较准确地描述聚碳酸酯材料动静态压缩行为。     

水蜜桃动态松弛特性与模型表征

果品在运输过程中由于受重复载荷作用会出现软化现象,产生累积损伤.研究果品的动态松弛特性对揭示果品损伤规律和进行合理的缓冲包装至关重要.以水蜜桃为研究对象,通过准静态压缩试验确定其压缩破坏临界变形量,并在临界变形量的范围内研究其峰值力松弛特性,建立水蜜桃动态松弛特性的三单元力学模型,结合实验数据进行模型表征.     

醋酸纤维包装缓冲力学性能仿真与试验研究

目的 探究醋纤包装样棒对爆珠的缓冲力学性能,减少样棒在高速输送时因受到冲击载荷导致爆珠破损。方法 采用超弹性模型的方法对爆珠材料的本构模型进行定义,通过仿真与程序迭代完成材料超弹性模型2个关键参数的确定;运用Abaqus软件对醋纤包装样棒进行轴向和径向挤压仿真,最后通过搭建试验台对样棒与爆珠分别进行拉伸试验和挤压试验。结果 超弹性材料参数为C₁₀=5.2 MPa、D₁=0.38 kPa时,仿真计算出压板下压力F与爆珠理论所承受的最大压力值的相对误差为3.4%,符合醋纤包装样棒缓冲力学性能的仿真要求。随着样棒径向和轴向挤压量的逐渐增大,压板的支反力也逐渐增大,醋纤包装样棒在承受轴向冲击时对爆珠的缓冲效果更优秀。结论 爆珠材料本构模型的建立及仿真试验分析为研究醋纤包装样棒的高速输送提供了理论基础。     

基于Ansys的缓冲材料结构单元

目的研究纸浆模、EPE材料的单元结构与组合结构,以提高其缓冲性能。方法通过Ansys仿真分析单元结构的静态压缩实验,对比不同材料结构单元在静载时的承载能力,在此基础上,建立产品缓冲结构单元模型,运用Ansys/LS-DYNA的Drop Test模块进行动态跌落实验,比较不同材料结构单元与缓冲性能,并通过试验验证。结果验证了组合结构在静载和跌落冲击时的缓冲性能优于单个缓冲结构。结论在缓冲包装中,通过优化缓冲结构单元可提高结构的缓冲能力。     

基于Johnson-cook本构模型的EPE包装跌落冲击模拟

目的将聚乙烯泡沫塑料在动态压缩试验下得到的力学性能引入有限元中,创建材料模型,并应用于跌落冲击仿真分析,以提高仿真的精确度。方法通过聚乙烯泡沫塑料在不同速率下的压缩试验,得到真实的应力-应变曲线,并基于Johnson-cook本构模型在有限元中建立EPE的材料模型。最后用AnsysWorkbench中的LS-DYNA模块对聚乙烯泡沫缓冲包装的跌落过程进行仿真分析,用LS-PREPOST软件进行后处理。在此基础上,对比分析仿真结果和实验结果。结果仿真结果的误差分别为0.85%,1.6%,2.97%,与实验结果基本一致。结论基于Johnson-cook本构模型构建的聚乙烯泡沫塑料有限元材料模型能有效提高低速冲击的仿真精度,为非线性材料和应变率敏感材料的有限元动态冲击分析提供了参考。     

深水静压环境中夹芯结构PUEPM芯材蠕变特性实验研究

通过弹性力学分析,将深水静压环境中夹芯结构芯材力学状态与加套筒静压实验中芯材的力学状态进行对比,提出研究深水静压环境中夹芯结构黏弹性芯材蠕变特性的套筒实验方法;针对三种不同配方的聚氨酯改性环氧基微珠增强吸声体(Polyurethane Modified Epoxy Resin Sound Absorption Materials,PUEPM)芯材开展准静态套筒压缩实验和加套筒蠕变实验,得到了芯材的蠕变性能。结果表明:玻璃微珠含量较低,短切纤维含量较高的分层PUEPM芯材具备较好的蠕变性能;玻璃微珠含量越大,芯材变形回弹性能越好;B型PUEPM芯材具备较好的综合力学性能。     

一种基于帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法

为研究适应性底座的受压膨胀力学特性,提出了一种基于纤维帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法.该方法建立在帘线与橡胶材料参数的准确取值这一基础上,其中橡胶材料采用Mooney-Rivilin本构模型进行描述,通过拉伸试验验证了本构模型的准确性,基于束帘线拉伸试验规律对帘线拉伸模量进行了修正.通过上述方法,对适应性橡胶底座受压膨胀过程进行了数值模拟与试验研究.结果表明:这一精确建模方法能够较好地模拟底座的受压膨胀特性,能够获取底座中帘线与橡胶材料的应力、应变的分布以及二者的变化规律.研究工作为适应性底座的进一步研究和实际应用提供了技术支撑.     

分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响

针对含孔边分层复合材料沉头螺栓连接结构,通过挤压试验及有限元仿真,研究了孔边分层对复合材料连接结构力学性能的影响。通过连接孔的挤压试验,得到了不同类型试验件的承载能力与破坏模式。有限元仿真中,基于ABAQUS有限元分析软件建立了复合材料机械连接的三维有限元模型,进行复合材料渐进失效损伤模拟,并采用内聚力单元来模拟预制分层。有限元计算得到载荷-位移曲线和变形模式与试验吻合较好,从而验证了有限元模型的有效性。在此基础上,分析了含孔边分层的复合材料机械连接结构的破坏机制,并研究了分层位置、分层面积大小和分层形状对该结构承载能力的影响。研究表明：复合材料的破坏始于沉头孔中的直孔区域,且当预制分层位于直孔区域时,结构的承载能力最低;分层形状为圆形和正方形时,会严重影响结构的承载能力,分层形状为椭圆形时,对承载能力影响较低。无论分层形状如何变化,分层总是从受挤压的一侧开始,以半圆弧的形状向受挤压方向进行扩展。     

空气垫静态缓冲性能的数值模拟

目的采用有限元数值模拟方法研究空气垫在静态压缩时的力学性能,以便更直观、系统地了解空气垫的静态压缩力学行为。方法以柱状空气垫为对象,建立空气垫的静态压缩物理模型和力学模型,并基于该有限元模型模拟该结构的静态压缩过程,分析结构尺寸和充气压力对其静态缓冲性能的影响,得到空气垫在不同压缩量下的应力分布规律和变形特点。同时,将试验结果与模拟结果进行对比。结果空气垫的变形是从接触钢板的地方开始的,上下位置同时被压缩,有限元分析结果与试验结果吻合良好。结论所建立的有限元模型和数值模拟方法结果准确、合理。     

蔗渣-淀粉发泡缓冲材料的本构方程及有限元仿真

目的研究蔗渣-淀粉发泡缓冲材料的缓冲性能,建立此类缓冲材料的本构方程,方便此类材料的应用。方法对不同密度的蔗渣-淀粉复合材料,在不同湿度和应变率条件下对其进行静态压缩试验,并在Sherwood-Frost本构模型的基础上加以扩展,加入湿度对应变的影响项,建立该复合材料的静态压缩本构方程。根据实验数据,采用Origin拟合的数学方法确定相关系数。以该静态压缩本构方程拟合出的应力-应变曲线作为材料特性载入Abaqus软件中,模拟淀粉-蔗渣纤维发泡缓冲材料并进行静态压缩试验仿真,得到仿真曲线,并与实际试验曲线进行对比。结果仿真实验与实际实验的数据误差较小,整体误差在10%以内。结论建立的静态压缩本构方程可以很好地表征该复合材料的缓冲性能,避免了设计缓冲衬垫时需要大量试验才能得到材料曲线的问题。     

TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带翻边开口圆柱壳机匣件高温气动载荷下的承载性能

基于航空发动机的高温气动载荷环境,对树脂传递模塑(RTM)工艺制备的TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带安装翻边和壳壁开口的圆柱壳机匣件开展了常温、200℃和260℃高温气动载荷下的仿真分析和承载性能试验。仿真计算得到复合材料机匣件的高应力水平发生在安装翻边和开口处。试验利用所设计的专用试验装置与机匣试验件合围成一套能够解耦内压和轴力的被试腔体结构,通过对被试腔体施加高温气体压力和机械静载联合模拟热气流载荷,相比传统的冲压胶囊加压方式,可以对机匣的翻边和开口处进行充分热压考核。常温、200℃和260℃承载试验后对机匣开口进行了无损检测,得到开口处的分层损伤区域随着载荷增大朝着正方和正圆的趋势扩大,260℃破坏试验得到TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料机匣件的失效模式与传统金属机匣的筒体破裂不同,失效方式为安装翻边断裂。研究表明,RTM工艺TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料结构件的力学性能在200℃以内具备良好的温度稳定性,安装翻边为复合材料机匣件在航空发动机热气流载荷下的薄弱区域,应作为机匣件减重设计的重要优化部位。