泡沫铝衰减一维应力波特性研究

为了解泡沫铝衰减一维应力波特性,完善泡沫铝动力性能的理论体系。首先运用一维应力波理论及泡沫铝的力学特性,对应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波性能等问题进行了理论分析。然后基于SHPB(霍普金森压杆)技术,运用LS-DYNA对一维应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波特性进行了数值模拟研究。理论与数值模拟结果均表明:在应力波的传播路径上增加泡沫铝,应力波通过泡沫铝后,其应力幅值、波长、及应力幅值作用时间均发生明显的变化;在该条件下,增加5 mm厚的泡沫铝,一维应力波经过泡沫铝后,可以衰减掉未增加泡沫铝时应力幅值的39.9%,应力波由原来的矩形波变成三角形波,波长与持续时间也显著减小。同时,厚度对泡沫铝衰减应力波幅值具有较为明显的影响,相同能量的应力波通过泡沫铝材料厚度越厚,则应力波幅值衰减越明显;由此可知,泡沫铝用于防护冲击与爆炸荷载的缓冲吸能材料方面具有非常好的应用潜力。     

泡沫铝三明治板的研究与应用进展

泡沫铝三明治板(Aluminum foam sandwich,AFS)是基于泡沫铝材料开发的一类材料-结构一体化的先进多孔复合结构。AFS是交通运输、建筑以及航空航天等装备结构轻量化的重要材料,具有广阔的应用前景。概述了AFS的几类制备技术的基本原理和研究现状,着重分析了复合预制体制备、合金成分、AFS发泡成型工艺等关键环节中存在的理论和技术难点。介绍了AFS作为结构材料和功能材料的典型应用案例;最后总结提出了AFS材料研究和工程化技术开发的关键点与突破途径。     

泡沫铝三明治板失效模式的研究

对采用包套轧制工艺及胶粘工艺制备的泡沫铝三明治板进行了准静态三点弯曲实验,分析了材料的变形行为及界面结合强度与失效模式间的关系。研究结果表明,包套轧制法制备的三明治板的极限载荷明显高于胶粘三明治板,具有界面冶金结合特征的泡沫铝三明治板的失效特征体现为剪切失效与面板凹陷共同作用。通过叠加原理修正了相关的模式公式,该模型具有较高的精度,可对预测三明治板极限载荷提供理论依据。     

泡沫铝三明治板材的研究现状

闭孔泡沫铝是一种结构与功能一体化的多孔材料,具有轻质、高比强度和比刚度、能量吸收能力强等优点,但也存在着表层单层孔壁力学性能较差、表面粗糙度高以及耐腐蚀性差等不足.为了解决上述问题,研究人员设计并开发了泡沫铝三明治板材(AFS),其制备方法主要分为物理连接法和冶金连接法.传统物理连接法制备的AFS存在着界面结合强度低和耐候性较差等不足;粉末冶金和焊接法等冶金连接法所制备的板材实现了芯材与面板之间的冶金结合,极大地提升了板材的力学性能和服役寿命,但依然存在产品尺寸范围较小、工艺复杂、生产效率低、成本较高等不足.目前,针对AFS力学性能的研究主要集中在准静态和动态变形、失效模式、能量吸收能力等方面,研究表明其动静态力学性能主要受控于实体面板和泡沫铝芯层的性质、界面结合强度等.近年来有限元分析法逐渐得到了研究者们的青睐,但仍存在许多问题需要解决.本文结合国内外文献,概述了近年来AFS在制备技术、力学性能等方面的研究进展以及产业化应用前景,从实体面板与泡沫铝芯层的物理连接和冶金连接两个方面介绍了主要制备技术,讨论和总结了准静态和动态力学性能的主要影响因素与机理,分析了国内外应用现状并对应用前景进行了展望.     

爆炸过程中有关应力波传播问题探讨

针对爆炸过程中出现的3种常见应力波,对基传播速度和应力波幅值进行了讨论,指出应力波的传播速度及其引起的质点振动幅值均与材料的泊松比密切相关。对于应力波传播试验中出现的纵波、横波及瑞利表面波这3种常见应力波,从数值模拟的角度进行了再现。     

泡沫铝芯三明治板的粉末冶金制备及其板/芯界面研究

采用粉末冶金发泡法制备了Fe/Al/Fe、Ti/Al/Ti泡沫铝芯三明治结构,研究了泡沫铝芯的膨胀规律,分析了面板与泡沫铝芯的冶金结合过程,提出了微观结合机制.试验发现,结合界面由扩散反应形成的金属间化合物以及冷却得到的凝固组织两部分组成,从而形成良好的冶金结合.     

层理面对水压爆破应力波传播规律的影响

水压爆破应力波的传播过程决定了爆破的作用效果及影响范围,层状岩体中的层理面特征对水压爆破应力波的传播路径及衰减具有直接影响.为明确水压爆破应力波在层状岩体内的传播规律及影响因素,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了层理面位置及其介质属性对水压爆破应力波传播的影响规律.结果表明:水压爆破相对于常规爆破产生的初始应力...     

基于UDEC岩体爆炸应力波衰减规律的研究

通过GENERATE命令划分有限差分网格,BOUNDARY xvisc和BOUNDARY yvisc命令产生静态边界,DAMP命令确定Rayleigh阻尼参数中的最小中心频率和最小临界阻尼比,选用高斯脉冲函数作为动力激励作用于炮孔壁粉碎区边界,输入爆炸动力荷载,建立岩体爆破UDEC数值计算模型,运用离散元件UDEC模拟了距爆源不同距离处岩体质点爆炸应力波的变化特征。数值模拟与理论推导结果表明:用离散元软件UDEC计算得到的岩体中爆炸应力波衰减规律与理论公式计算结果基本符合,误差在工程实践应用的允许范围之内,因此UDEC适合用于数值模拟爆炸荷载下岩体动态响应。     

不耦合装药混凝土中应力波传播的数值分析

运用有限元软件对不耦合装药条件下混凝土中应力波传播进行数值分析,分析了应力波随时间的衰减曲线和速度时间曲线,得出应力波通过水介质传到混凝土中压力均匀、强度衰减较缓慢、传播距离较远,以及炮眼周围混凝土的破坏形态.解释了混凝土自由面在拉应力波作用下的层裂现象.模拟结果对爆破理论和物探方面具有一定的参考价值.     

泡沫铝填充薄壁铝合金方管轴向压缩性能的数值模拟

泡沫铝填充薄壁结构的应用日趋广泛,研究了泡沫铝填充薄壁铝合金方管准静态轴向压缩条件下的力学性能。实验选用铝合金方管作为面板,Al-Mg合金泡沫铝作为夹芯制备泡沫铝填充薄壁铝合金方管。结果表明泡沫铝层合方管与薄壁铝合金方管的变形模式相同,都为对称叠缩变形模式,而且层合方管产生的折叠数比薄壁铝合金方管多。填充泡沫铝后,层合方管承受压力的能力也大大提高。采用ABAQUS软件建立了薄壁铝合金方管的有限元模型进行数值模拟,并且与相应的实验结果作对比,结果表明数值模拟与实验结果基本吻合。     

粘接界面泡沫铝夹芯板的三点弯曲失效数值模拟

对粘接界面泡沫铝夹芯板三点弯曲载荷下的变形特性进行了实验和数值模拟方面的研究。基于有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板的三维有限元模型,应用内聚力模型对三点弯曲过程中典型的破坏模式——面板与芯层的界面脱粘给予了合理的模拟,模拟所得的结果与实验结果比较吻合。并在此基础上分析了面板和芯层厚度对夹芯板承载能力和吸收能量能力的影响。结果表明,增加芯层的厚度能够更大程度上提高泡沫铝夹芯板的承载能力和吸收能量的能力。     

泡沫铝冲击吸能器工程设计研究

LS-dyna对于碰撞、爆炸等大变形动力响应问题具有较好的数值模拟效果。基于泡沫铝应力-应变关系,结合浮阀隔振装置,提出一种泡沫铝冲击吸能器设计方案,并利用LS-dyna进行仿真分析,分析结果表明,这种设计具有较好的应用价值。     

泡沫铝在冲击安全防护中的应用

对泡沫铝冲击吸能器工程设计提出了可行性方案并对其厚度进行了理论设计,举出设计实例,运用有限元法进行仿真检验;结果证明,理论设计与仿真结果是相一致的,设计方法为吸能器的选材与设计提供了依据。     

冲击波在泡沫铝中的传播和衰减特性

用平面冲击波实验对相对密度为0.396的开孔泡沫铝的冲击波压缩特性进行了研究,采用PVDF传感器技术测量并分析了泡沫铝中的冲击波应力波形及其传播速度.在泡沫铝样品中不同位置处记录的应力波形显示随着在泡沫铝中传播距离的增加,冲击波应力峰值迅速衰减,归一化的冲击波应力峰值随传播距离呈指数关系变化,另外,冲击波的传播速度也随距离的增加而呈线性关系减慢.     

闭孔泡沫铝压缩性能研究

闭孔泡沫铝作为一种新型多孔金属材料,被应用于各个领域,但其压缩力学性能受到孔隙率、孔洞结构参数、相对密度及材料基本力学性能等的影响,因此针对某闭孔泡沫铝企业研究出的一款新型产品,在确定其相关参数后进行10组试样的压缩力学试验,确定其应力-应变曲线,分析各段曲线意义和产生机理,并针对其特有的压缩力学性能,研究在外力作用下的吸能表现,为该型号的闭孔泡沫铝材料在各个行业中的应用提供技术支持和参考依据。     

泡沫铝填充汽车车架的抗振性研究

为探讨满足汽车自身轻量化、环保、舒适和安全方向发展需要的新途径,以某汽车为例,初步设计了泡沫铝填充结构车架,并应用有限元分析软件ANSYS对其进行了静态与动态分析.结果表明,该新型结构车架在满足自身性能要求下,其动态特性明显提高,从而抗振性得到提高.     

大爆破爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数值模拟研究

大爆破过程中产生的能量大部分作用在周围岩体破坏上，部分能量转化为冲击波在破碎岩块间传播，同时对已破碎的岩块再次产生松动破坏。应用流体力学方法，建立了以可压缩湍流流动为基础的爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数学模型。通过数值分析和模拟结果表明，破碎岩体的障碍物作用对爆炸冲击波的传播存有激励机制。岩石的破碎是由于冲击波和爆炸生成气体膨胀动力共同作用的结果。当冲击波在破碎岩块间传播时，湍流流动受壁面的影响很大。冲击波在通过孔隙后其波阵面的压力衰减程度较大。速度通过孔隙过程中增加的幅度较大，而温度的变化不明显。     

新型泡沫铝制备工艺研究

泡沫金属是近几年发展起来的一种新型结构功能材料。利用粉末冶金法制备的泡沫铝，其相对密度为0.2-0.6，平均孔径为25mm，孔隙率为40%-85%。分析讨论了试验工艺条件和工艺参数如混料条件，铝坯压缩条件以及发泡中的加热温度，加热速度和保温时间等对泡沫铝形成的影响。     

不同形貌节理对应力波传播影响的数值模拟

用3DEC离散元软件对一维正弦纵波在无节理有限长及有一节理有限长岩杆中的传播进行标定,确定建模的单元网格尺寸、边界条件等参数。然后对一维正弦纵波在含量化的不同粗糙度节理面的岩杆中传播进行数值模拟,探究应力波穿过不同形貌特征的节理时的透反射规律。分析模拟结果发现:节理面粗糙度JRC值相同,相对节理初始法向刚度不同时,随着刚度系数的增加,透射过节理面的应力波越多,在α0.5时,透射系数值增加较快;在α0.5时,透射系数值增加较慢,逐渐趋近于1。同一刚度系数α值下,随着节理粗糙度JRC值的增加,透射系数增大,当α1.5时,透射系数趋于稳定。     

爆炸冲击波在复杂坑道内传播规律的数值研究

研究二维爆炸流场中空气冲击波在复杂坑道内传播的机制.对多物质流采用Euler方法和NND格式,对爆轰产物采用JWL状态方程;自行编制二维爆炸模拟计算程序.试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸冲击波在坑道内传播的详细过程.结果表明:采用穿廊式出入口,可以削弱进入坑道内55%的空气冲击波强度;采用穿廊加扩散室可以削弱进入坑道75%的冲击波强度.