点阵增强夹芯结构吸声复合材料制备及性能研究

采用连续纤维增强吸声芯层,并利用真空辅助成型工艺整体成型了结构吸声复合材料。采用QT/25试验机测试了结构吸声复合材料的抗平压性能、弯曲刚度;采用脉冲声管测试系统测定了结构吸声复合材料水下吸声性能。试验结果表明,吸声芯层、复合材料面板与增强结构三者复合良好、无缺陷,验证了连续纤维增强吸声芯层以及真空辅助成型工艺整体成型结构吸声复合材料技术可行性。与同类型材料相比,含点阵增强结构的材料的平压性能提高了一个数量级,弯曲刚度提高了一倍,声学性能无明显变化。     

复合材料点阵夹芯结构的换热特性

采用FLUENT软件模拟了受一恒定温度载荷的复合材料点阵夹芯结构在辅助流体强制对流作用下的热行为和热传输特性。对流体的压力场、速度场、温度场等场分布规律及特征进行了分析, 详细地阐述了点阵夹芯结构本身的构型对胞元内近壁流动和热传输类型的影响。采用雷诺数Re、努塞尔数Nu、压降损失系数K_Cell三个以胞元特征长度为度量的无量纲参数对结构的换热性能进行了表征与评价; 并引入温度最小渗透率、最大渗透率和水平渗透率的概念, 更加直观地表征结构的换热性能。结果表明, 强制对流下结构的换热性能明显提高, 有利于其轻质多功能化的实现。      

碳纤维增强金字塔点阵夹芯结构的抗压缩性能

提出了一种碳纤维增强复合材料点阵夹芯结构的一体化成型工艺方法。该方法克服了传统夹芯结构面板与芯子之间因需要二次粘接或焊接的方法所带来弱界面的缺点。将纤维杆两端埋入面板内,使面板与芯子成为一体而不存在明显的界面。对用该方法制备的碳纤维增强金字塔点阵夹芯板进行平压试验,研究发现随着载荷的增加,纤维杆发生弹性屈曲并在中间部位出现断裂。理论分析了点阵夹芯结构平压载荷下的弹性模量和纤维杆极限屈曲载荷。通过与传统夹芯材料相比较发现,这种新型复合材料点阵夹芯结构具有密度低、比强度和比刚度高等优点。      

Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料平压性能

设计了一种新型Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料,以复合材料柱作为Z向点阵增强材料,并对不同分布密度Z向点阵增强材料的泡沫夹芯复合材料试验件进行了平压试验,探究了其平压力学性能和破坏方式。研究结果表明,当点阵间距为30 mm时,试样密度增加了2.8%,压缩强度和压缩模量分别提高了6.2倍和7.4倍。基于ABAQUS有限元软件建立了Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料平压试验仿真模型,对其平压力学性能和破坏模式进行了模拟与分析。试验件平压强度有限元计算结果与试验结果偏差为10%左右,破坏方式与试验基本相同,验证了有限元模型的合理性和可靠性。     

泡沫填充的S型褶皱复合材料夹芯板低速冲击响应特性

为了研究泡沫填充褶皱夹芯结构低速冲击响应特性与损伤机制,采用热压法制备了玻璃纤维增强S型褶皱夹芯板,并使用聚氨酯泡沫进行了填充,通过落锤试验机对夹芯板节点与基座两个位置进行了冲击试验。研究表明,冲击位置对泡沫填充褶皱夹芯板的失效模式存在影响。当冲击位置为节点时,夹芯板芯子以凸侧面曲面壁压溃断裂失效为主,泡沫的填充起到了提供力矩的作用。当冲击位置为基座时,夹芯板芯子以凹侧面曲面壁撕裂和凸侧面曲面壁压溃失效为主,夹芯板损伤沿板厚度方向扩展充分,导致冲击载荷均匀化。在相同冲击能量下,节点与基座冲击相比,夹芯板的最大载荷力提高,并且比较稳定。此外,节点载荷峰值产生的冲击位移较低于基座冲击。      

复合材料点阵夹芯结构平压性能不确定分析与优化

考虑一体化成型工艺制备的复合材料点阵夹芯结构及其不确定性,采用区间向量实现不确定参数定量化,建立复合材料点阵夹芯结构平压性能区间分析模型.考虑结构功能状态判断的模糊性,分别在不考虑设计容差与考虑设计容差情形下,建立了不确定平压载荷作用下含区间参数模糊可靠性分析与优化模型.研究结果表明:材料参数及结构参数不确定性,特别是设计容差对复合材料点阵夹芯结构平压性能影响明显,因此在工程优化中不仅需要充分考虑材料参数与外部载荷等不确定性,而且需要充分重视传统不确定设计方法中未计及的设计容差的影响.本研究实现了理论成果与工程应用的有机结合,为工程领域复合材料点阵夹芯结构平压性能分析与优化提供有效理论方法.     

铝合金圆波纹夹芯板对半球形体的低速冲击响应特性及失效机制

为研究铝合金圆波纹夹芯板在低速冲击下的吸能特性、变形情况和失效机理,利用落锤进行低速冲击试验,揭示冲击位置和初始冲击能量对圆波纹夹芯板低速冲击响应特性的影响。冲击位置分别为波纹夹芯板的节点和基座,冲击能量范围为120～400 J。实验结果表明,夹芯板主要发生拉伸断裂失效,冲击能量和位置对夹芯板动态载荷响应存在显著的影响。夹芯板的最大冲击载荷随着冲击能量增加而增加,并且节点冲击的最大载荷高于基座冲击的最大载荷,两者的差距随冲击能量增加而减小。夹芯板节点位置冲击的载荷可以迅速达到峰值,而基座位置冲击的载荷需要经过一个过程才能达到峰值。     

点阵材料夹芯简支梁在冲击载荷下的动力响应

首先给出了两端可移点阵材料夹芯简支梁受到均布冲击载荷时的刚塑性动力响应分析,然后将理论预测的夹芯梁中点的最大挠度和结构响应时间与有限元结果进行了比较,理论预测结果与有限元计算结果一致性较好。通过与质量和材料相同的单层实心梁进行对比分析,证实了点阵材料夹芯简支梁具有很好的抗冲击性能。通过对四棱锥夹芯简支梁进行拓扑构型设计,发现两端可移夹芯简支梁的最大挠度和结构响应时间对芯层的相对密度和相对厚度、面板与杆元的夹角十分敏感。随着夹芯梁所承受的单位面积冲量增大 , 夹芯梁中点的挠度增大。通过对由应变率敏感的304不锈钢制成的四棱锥桁架夹芯梁进行精细有限元分析,发现当考虑应变率效应时,梁的最大挠度小于不考虑应变率时的最大挠度。     

考虑辐射效应金属蜂窝夹芯板传热性能的数值模拟分析

针对金属蜂窝夹芯板的传热性能,选取其结构胞元作为研究对象,分析了其内部结构的不同传热方式和机制,建立了考虑辐射效应的有限元传热模型,并与Swann-Pittman半经验公式做了对比;研究了胞元的等效导热系数在不同的边界条件及不同的几何参数下的变化规律。分析结果表明:辐射换热是构成蜂窝结构的主要传热方式;减小胞壁厚度,增加胞元边长会使结构等效导热系数减小;而增加胞元高度却使结构等效导热系数增加;随着温度的升高,胞元结构的等效导热系数会增加。     

复合材料点阵夹芯结构平压性能不确定分析与优化

考虑一体化成型工艺制备的复合材料点阵夹芯结构及其不确定性, 采用区间向量实现不确定参数定量化, 建立复合材料点阵夹芯结构平压性能区间分析模型。考虑结构功能状态判断的模糊性, 分别在不考虑设计容差与考虑设计容差情形下, 建立了不确定平压载荷作用下含区间参数模糊可靠性分析与优化模型。研究结果表明: 材料参数及结构参数不确定性, 特别是设计容差对复合材料点阵夹芯结构平压性能影响明显, 因此在工程优化中不仅需要充分考虑材料参数与外部载荷等不确定性, 而且需要充分重视传统不确定设计方法中未计及的设计容差的影响。本研究实现了理论成果与工程应用的有机结合, 为工程领域复合材料点阵夹芯结构平压性能分析与优化提供有效理论方法。     

预埋件对玻璃钢峰窝夹层结构增强效应的实验研究

研究了某地雷达天线罩采用的含有预埋件的玻璃钢蜂窝夹层结构试件的强度和刚度,讨论了预埋件对玻璃钢蜂窝夹导结构的增强效应,比较了内含预埋件结构和外加加强片结构的增强效果,探索了一种估算预埋件增强效应的简易方法。     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究

本文对蜂窝夹芯板试件进行了低速冲击试验, 然后用X 光技术、热揭层技术、断面显微技术和外观检测等对冲击后板的损伤进行了较为全面的研究, 讨论了表面布的作用, 分析了外观损伤、面板损伤、蜂窝损伤等与冲击能量的关系。     

加载方式对玻璃钢蜂窝夹层结构性能的影响

研究了某地面雷达天线罩所使用的含有预埋件的玻璃钢蜂窝夹层结构的强度，其中预埋件由雷达天线罩常用的两种不同材料制成，选用了两种不同的预埋件的形式。试验中模拟天线罩的实际受力特点，采用相当于正压与负压作用的两种不同的加载方式，讨论了当玻璃钢蜂窝夹层结构具有不对称的形式时，加载方式对其强度的影响。     

不同参数钢筋混凝土核心筒抗震性能研究

为了研究钢筋混凝土核心筒的破坏机理和在不同参数下的抗震性能,该文采用基于性能结构分析软件PERFORM-3D,对钢筋混凝土核心筒在静力水平荷载作用下的受力性能进行了三维非线性数值模拟,通过与模型试验结果的对比,验证了所选弹塑性模型分析钢筋混凝土核心筒抗震性能的有效性和准确性。在此基础上,对混凝土核心筒进行参数分析,系统分析了轴压比、连梁跨高比、连梁纵筋配筋率、试件高宽比等不同参数对钢筋混凝土核心筒抗震性能的影响规律。计算结果表明,混凝土核心筒承载力随着轴压比的增大而提高,但当试验轴压比达到0.4后,承载力出现降低,变形能力随轴压比增大而降低;随着高宽比的增大,核心筒承载力降低,变形能力提高,同时,试件破坏模式也发生变化;增大连梁刚度较大地提高了试件承载力,但也严重降低了试件的延性变形性能。此外,通过核心筒试件的弹塑性损伤分析,得到核心筒试件损伤发展顺序以及各构件屈服情况。     

低速冲击后复合材料蜂窝夹芯板的拉伸特性

对含低速冲击损伤的蜂窝夹芯板试件进行了拉伸试验, 用X 光技术、热揭层技术和外观检测等对拉伸破坏过程进行了研究, 分析了剩余拉伸强度与冲击能量的关系。结果表明: 拉伸过程中, 四种破坏形式同时存在且相互作用; 冲击损伤严重影响了蜂窝夹芯板的抗拉能力。      

三维格架芯层夹芯板爆炸载荷时的响应分析

推广了芯层为金属格架形式的三维夹层板结构大变形的均匀化方法,改进了广义力的求取形式。运用所给方法,分析了两种芯层结构的夹层板受爆炸时的大变形响应,结果表明,同纯有限元三维模拟相比,三维均匀化方法的计算效率有较大提高,且具有相当的精度。     

钢管混凝土边框内藏钢桁架组合核心筒抗震性能试验研究

提出了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒,为了解其抗震性能,进行了1个钢管混凝土边框混凝土组合核心筒和1个钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒的低周反复荷载试验研究,2个试验模型为1/6缩尺。在试验基础上,分析比较了2个核心筒的承载力、延性、滞回特性、耗能能力、刚度衰减过程和破坏特征,分析结果表明:钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒抗震性能较好。在试验研究基础上,建立了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒承载力简化力学计算模型与公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

带节能复合墙板钢框架低周反复荷载试验研究

为了研究带节能复合墙板钢框架结构的滞回性能,设计了8 榀单层单跨试件并进行了低周反复荷载试验.考虑了影响结构滞回性能的6 个主要因素：墙板厚度、墙板类型、墙板位置、钢框架柱的强弱轴方向、钢框架的节点形式以及墙板与钢框架的连接方法.根据试验现象和由试验数据获得的滞回曲线、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线、延性系数、等效粘滞阻尼系数等,综合评价了结构的抗震性能.试验结果表明：墙板的破坏主要集中在与钢框架连接的预埋件处,但整体性优于传统墙体;连接件的可靠是确保墙板与钢框架协同工作的重要前提;增加墙板的厚度、加强墙板与钢框架之间的连接,均可改善结构的抗震性能.最后,通过计算延性系数和耗能能力,该文给出了该结构体系在进行抗震设计时相关数据的建议取值.     

复合材料夹芯板低速冲击后弯曲及横向静压特性

对低速冲击后的复合材料Nomex 蜂窝夹芯板进行了纯弯曲和准静态横向压缩实验, 用X 光技术、热揭层技术和外观检测等对板内的损伤进行测量, 分析了被冲击面在受压情况下蜂窝夹芯板的弯曲破坏特点, 对比了横向静压与低速冲击所造成的板内损伤, 讨论了不同横向压缩速度时接触力P-压入位移$h 的变化规律和损伤情况。结果表明: 低速冲击可使蜂窝夹芯板的弯曲强度大幅度降低; Nomex 蜂窝夹芯板对低速冲击不敏感。      

铰支桁架-框架结构抗震设计与性能研究

合理设计的框架会因为地震力分布不均匀致使框架的部分楼层梁率先屈服,导致结构层间位移角不均匀系数（DCF）增加,很难出现所有楼层梁端和柱底出铰的完全梁铰机制。为改善普通钢框架层间集中损伤和侧向刚度偏小问题,提出在框架中设置拉链柱和斜撑,形成铰支桁架-框架,控制框架侧向位移大小和分布。推导了框架弹性DCF值,并以此作为铰支桁架-框架的DCF目标值,进而提出了铰支桁架与框架的合理刚度比;给出了基于DCF抗震设计流程,设计算例达到了预期的位移和DCF性能目标。对比了框架、摇摆墙框架和铰支桁架-框架的抗震性能,结果表明：铰支桁架可以提高框架的抗侧刚度,使框架的塑性铰分布模式由不完全梁铰机制转变为完全梁铰机制,使框架层间位移角及剪力分布均匀;相比于摇摆墙框架,铰支桁架-框架具有较大的侧向刚度和相近的侧向变形模式。