组合蜂窝结构的面内压缩及吸能性能

针对一种新型组合蜂窝结构(SCCH)开展研究,该结构将方形管与圆形管进行组合,充分发挥了圆形管的吸能优势和方形管的变形优势。通过试验与有限元仿真,对比了SCCH结构与传统圆形蜂窝结构(CH)在面内压缩的力学性能和不同应变时的变形行为。结果表明,SCCH结构的总吸能为0.198 kJ、平均压缩力为5.50 kN、初始峰值压缩力为6.80 kN、比吸能值为6.22 kJ/kg,均优于CH结构。此外,SCCH结构的比吸能明显高于其他常见的蜂窝结构,具有优异力学性能和吸能性能的SCCH结构,可为设计具有高吸能能力的蜂窝结构提供有益借鉴和设计基础。     

玄武岩纤维增强复合材料管件准静态压缩试验

以三维四向编织玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)为研究对象,分别对编织角为30°、45°和60°的圆形和方形两种类型的玄武岩增强复合材料管件进行准静态压缩试验。结果表明:不同的编织角度和截面形状对玄武岩增强复合材料管件的压缩吸能特性均有显著的影响。方形和圆形两种截面类型管件的最大承受载荷均随着编织角增大而降低;在保证纤维含量近似相等的条件下,圆管的峰值载荷大于方管,其中编织角30°时圆管的峰值载荷相较于方管高出了50%左右;能量吸收方面,圆管的比能量吸收值较高,整体的吸能特性要优于方管;管件的破坏模式与编织角有关,与管件截面形状关系不大。     

内凹三角形负泊松比结构耐撞性多目标优化设计

为设计出具有良好耐撞性的车辆碰撞吸能结构,以内凹三角形负泊松比多胞结构为研究对象,通过显式动力有限元软件LS-DYNA建立了此吸能结构的轴向冲击有限元模型。结合最优拉丁超立方设计方法,构建了此吸能结构的峰值冲击力PCF和比吸能SEA关于长胞壁尺寸a与胞壁厚度b的多项式代理模型,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)进行多目标优化设计,并基于适应度函数C获取一妥协解。优化结果表明:胞壁厚度比长胞壁尺寸对此吸能结构耐撞性影响更显著,通过合理匹配壁厚和长胞壁长度,能有效降低峰值冲击力,提高比吸能。     

蜂窝纸板缓冲机理探讨

从蜂窝胞元密闭气囊的作用和开槽工艺的作用两个方面,对蜂窝纸板缓冲机理进行了理论预测与分析。采用3种开槽方式对30 mm厚蜂窝纸板进行静态压缩试验,考察蜂窝胞元中的密闭气体以及开槽工艺对蜂窝纸板缓冲性能的影响。试验结果表明:对蜂窝纸板进行开槽处理可以降低其起始屈服应力,提高其塑性平台区的缓冲性能,与理论预测相符。     

三维编织不对称内凹六边形复合材料吸能探究

利用三维编织技术制备了内凹六边形结构预制体,对三种不同内凹角的内凹六边形蜂窝状复合材料进行了压缩测试,分析了能量吸收性能和损伤变形演变。研究表明,三维编织内凹六边形蜂窝状复合材料在压缩过程中都产生层层单胞折叠压缩的变形演变趋势,载荷-位移曲线拥有较长的压缩平台期,表现出优异的能量吸收性能。内凹角度对内凹六边形复合材料吸能性能有明显影响,内凹角度50-50的试样的比吸能和平台载荷大于内凹角度60-60的试样;结构的不对称性可以提高内凹六边形复合材料的吸能性能,内凹角度50-60的不对称内凹六边形复合材料的比吸能和平台载荷是三种结构中最大的。     

双层分级吸能结构优化设计

为提高汽车的安全性,确保在增加结构吸能量的同时又不增大碰撞峰值力,引入分级吸能的设计思想,提出一种新型的吸能结构,采用显示有限元软件对该分级吸能结构进行动态轴向压缩模拟。同时,以结构的壁厚及宽度为设计变量,采用响应面法,并结合正交试验设计进行优化,优化过程中建立了结构的比吸能和初始碰撞峰值力的多目标优化标函数,采用权重法求得该分级吸能结构的壁厚和宽度的最优解。       

聚氨酯蜂窝纸板静力学性能和吸能性能

将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行静态压缩试验,进而对其吸能特性进行研究,并对影响复合材料的一些因素进行逐个分析,找到它们影响复合材料静态缓冲性能的内在规律.结果表明:复合材料的弹性极限(从0.224 0 MPa提高到0.542 2 MPa)和屈服应力(约为填充前的3～4倍)较单纯蜂窝纸板增长明显;单纯蜂窝纸板材料和聚氨酯蜂窝纸板复合材料的抗压强度和屈服应力随着蜂窝孔径的增大而减小,随着厚度增大略有提升,孔径对其力学性能的影响非常显著;复合材料吸能量较复合前2种材料大幅增加,约为复合前2种材料吸能量总和的1.85倍;吸能效率和理想吸能效率都优于复合前2种材料.     

AA6061-T6铝薄板无针搅拌摩擦点焊接头结构及性能分析

以车身覆盖件用1.5 mm厚AA6061-T6铝薄板为研究对象,采用Box-Behnken试验设计分析了不同焊接参数对无针搅拌摩擦点焊（PFSSW）接头力学性能及断裂模式的影响规律。通过响应面方法（RSM）对PFSSW接头的拉剪性能进行优化。结果表明：焊点的金相呈现“盆形”结构,当搅拌头转速为2950 r/min、下压量为0.6 mm和停留时间为7 s时,接头的最高拉剪失效载荷为6.41 kN。PFSSW焊点断口呈现3种断裂模式。其中,焊核拔出模式下接头的平均失效载荷最高（6.26 kN）,界面分离断裂模式最低（4.89 kN）,混合断裂模式居中（5.60 kN）。     

错位装配串联蜂窝结构缓冲吸能特性

为优化串联蜂窝的缓冲吸能效果与增强蜂窝结构的可设计性,通过平压实验与全尺寸有限元模拟研究装配错位对于串联蜂窝结构力学性能的影响. 采用准静态面外压缩实验,对单层蜂窝、双层对位装配蜂窝、双层错位装配蜂窝3种形式的Nomex蜂窝夹层结构进行测试,通过结构变形过程和响应曲线分析变形机理. 实验结果表明,双层串联蜂窝相比单层蜂窝结构可以有效改善蜂窝结构的承载能力和吸能效果. 错位装配使两层蜂窝同时开始变形,相比对位装配能进一步提升平台应力,消除第2个峰值应力,承载能力和吸能效果均有较大提升. 有限元模型通过建立蜂窝细节模拟错位装配效果,模拟与实验结果具有良好的一致性,同时验证了不同材料隔层对串联蜂窝力学性能的影响.     

Yoshimura折纸管轴向压溃吸能特性分析

针对圆形薄壁吸能管存在初始峰值力大、载荷波动剧烈,多边形薄壁吸能管存在吸收能量少的缺陷,设计了一种Yoshimura构型的新型折纸管.首先对圆形直管、六边形直管以及Yoshimura折纸管进行建模,然后采用ABAQUS软件进行轴压作用下的有限元数值模拟,最后从应力云图、压溃载荷-位移曲线及4个吸能指标等方面进行吸能特性...     

3D打印Ti6Al4V多孔材料压缩性能

根据人体自然骨的受力情况,运用拓扑优化与激光选区熔化技术相结合的方法设计制造一系列多孔材料,采用实验和模拟的方法对其中孔隙率为50％,胞元尺寸分别为3、4、6 mm的钛合金多孔材料的压缩性能进行研究.建立准静态压缩模型,引入Johnson-Cook损伤模型,获得压缩过程中材料局部失效特征.研究结果显示,多孔材料的变形失效行为由线弹性、平台以及失效3个阶段组成,模拟和压缩实验获得的多孔材料抗压强度相近.在多孔材料变形失效模拟过程中,胞元连接处以及中央粗柱产生塑性铰,并表现出独特的分阶段塑性变形以及断裂特征,因此多孔材料在平台阶段保持较高承载能力,最终多孔材料因斜向断裂带的产生而完全失效.     

全浮芯棒二辊孔型中轧管金属变形行为研究

为分析连轧荒管管壁收缩的原因,借助有限元模拟软件MSC.Super Form,对宝钢Φ140 mm全浮芯棒连轧管机组Φ119 mm主孔型系钢管的单机架轧制过程进行数值模拟仿真,研究轧制过程中不同工艺参数对金属变形行为的影响,分析产生壁厚收缩缺陷的倾向性。结果表明：孔型顶部的壁厚压下量一定时,孔型开口处壁厚随空减坯径壁比的增大由＂增壁＂变为＂减壁＂,并且存在一临界径壁比;径壁比一定时,孔型开口处壁厚变化随压下量的增大由＂增壁＂变为＂减壁＂,并存在临界压下量;径壁比、压下量均一定时,单机架轧制高钢级时孔型开口处壁厚值相对较大。     

具有高效吸能特性的新型仿蜂窝多级薄壁结构

针对现有薄壁结构存在比吸能不高、压缩力效率较低的问题,以蜂窝为原型,模拟蜂窝多级嵌套结构,进行仿生结构优化设计。为了更好地探究形状参数对吸能能力的影响,进一步以相对旋转角度及加强柱直径为设计变量,设计了共20种仿蜂窝多级薄壁结构。运用3D打印技术,制备了尼龙材质的仿蜂窝多级薄壁结构样件,并进行准静态压缩试验。最后,对比分析了数值模拟结果与试验结果,得出以下结论：本文吸能能力最强的模型为YMT20-3.6,比吸能达到了10.87 J·g-1,较初始模型YMT0-0提高了约86%;旋转角度越大,加强柱直径越大,模型截面面积分布越均匀,模型变形模式也趋于对称,其能量吸收能力也更强;较大的旋转角度拥有更优异的吸能能力,但是其压缩力效率较小。增大模型加强柱直径能够减少旋转角度对压缩力效率的影响,提高模型的压缩力效率,从而得到吸能能力强、压缩力效率高的薄壁结构。     

复合管撞击吸能特性的数值研究

针对大变形、大应变的复合材料受撞击吸能的复杂的过程,进行了数值分析,综合了复合材料的各种失效准则,运用非线性有限元理论建立了数值分析模型．研究了外部缠有增强环氧玻璃纤维的金属圆柱管(简称为复合管)在轴向撞击载荷下的能量吸收特性,并从金属材料的性能、复合材料层的厚度和纤维的铺设角度这几个方面研究了复合管的吸能性能的影响因素,数值模拟结果与实验结果吻合,为复合材料吸能元件的设计和研究提供了有价值的参考．     

煤系岩石损伤破坏扰动效应试验研究

利用建立的煤岩体分级加载扰动试验系统,进行了煤系岩石典型单轴压缩实验、无扰动分级加载试验,以及分别施加不同速率及幅度的扰动载荷的分级加载试验,同步采集声发射（AE）信号,并利用加卸载响应比理论对AE信号进行分析．结果表明,扰动载荷能够使岩石的抗压强度显著降低,施加扰动载荷条件下9个岩样单轴抗压强度降低了20～60kN（约为单轴极限抗压强度的10％～25％）;扰动速率的变化（由650N／s增至1kN／s）较载荷大小的变化（由2．5kN增至5kN）对岩样强度影响明显;AE能量与加载路径对应良好,其加卸载响应比随载荷水平的增加存在先减小后增大的趋势．     

铝合金保险杠吸能盒碰撞吸能特性

为了改进某轿车保险杠的吸能特性,同时实现保险杠轻量化设计,建立吸能盒有限元模型,基于LS-DYNA软件进行了碰撞仿真。对5种不同截面形状的单腔铝合金吸能盒和4种多腔铝合金吸能盒的吸能特性进行了对比分析,探讨了壁厚对碰撞吸能特性的影响。研究表明:在5种单腔结构中,八边形截面形状吸能盒吸能特性最好;多腔结构吸能盒的吸能特性比单腔结构显著提高;在一定范围内增加吸能盒壁厚,吸能量和比吸能均显著增加。     

含初始缺陷的蜂窝夹芯板疲劳行为

借助四点弯曲装置,对含有初始芯面脱焊缺陷的钢质蜂窝夹芯板开展了室温疲劳行为研究.载荷比为0.20,载荷水平在15％ ～90％.通过考虑不同脱焊尺寸研究该类结构的失效,得到疲劳寿命S-N曲线和疲劳极限.利用曲线拟合和外推技术,得到疲劳阈值为105次不发生破坏的临界缺陷尺寸为7.04 mm.失效模式分析表明:当芯子和面层脱焊缺陷尺寸为30 ～40 mm时,较易发生脱焊区的整体横向断裂;缺陷尺寸为15 ～20 mm时,主要以脱焊尖端的蜂窝芯壁撕裂和坍塌为主.     

地铁车辆吸能装置耐碰撞性分析

吸能装置是确保地铁列车具有良好耐碰撞性能的一种重要部件.为实现地铁车辆吸能装置的结构优化,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对不同厚度、不同横截面形状的薄壁结构碰撞性进行了仿真分析,分析结果表明,吸能装置的性能与其横截面的形状、壁厚的选择紧密相关.条件相同时,吸能装置的吸能能力与壁厚成正比,但壁厚增加时,界面力也随之增大,在吸能结构的设计中,需综合考虑.以地铁头车为研究对象,对安装了吸能装置的地铁头车进行了碰撞仿真,得到车体吸能装置碰撞过程变形情况和碰撞能量-时间历程,结果表明该结构吸能装置具有良好的吸能特性.     

非屈曲织物增强复合材料双轴压缩力学行为

在实际工程应用中,复合材料与构件往往处于复杂的应力状态,开展近似真实载荷环境下的力学实验分析,能够更准确地认识实际应用中材料的真实承载能力和失效机理.基于非屈曲单向碳纤维织物复合材料层合板的细观结构特征,设计了双轴压缩试样,开展了材料单轴、双轴压缩试验研究,对比分析了单向织物复合材料在不同压缩载荷下的力学行为.研究结果表明:非屈曲单向织物复合材料的单轴压缩行为表现为线性、脆性断裂;破坏模式整体表现为剪切屈曲破坏,与单轴压缩相比,双轴压缩载荷作用下材料整体表现为线性、脆性断裂,但其应力-应变曲线表现出一定的非线性特征;双轴1∶1等比例压缩对材料抵抗变形能力有一定强化效应,材料压缩模量增加;双轴2∶1非等比例压缩的结果与之相反,材料压缩模量大幅降低;双轴压缩强度均低于其单轴压缩强度;破坏模式主要表现为分层、基体开裂和纤维断裂,其中以分层现象尤为明显.     

螺栓联结受外压力作用时的力学计算

在螺栓联接的强度计算中 ,绝大多数情况为密封螺栓强度计算 ,此时 ,预紧力和工作载荷对螺栓产生的皆为拉力。在工程应用中 ,存在一种紧固件螺栓 ,工作载荷的作用使螺栓产生压缩 ,整个螺栓最终合力和综合变形都不同于常规密封螺栓。螺栓的最终变形量δ∑ 为预紧变形量δL 减去工作载荷作用下螺栓伸长减少量△δ。而被联接件由原来的预紧压缩量δF 增加△δ,对应变形量的受力计算也相应发生变化。当工作载荷为交变载荷时 ,螺栓在这一压缩交变载荷作用下 ,同样存在疲劳断裂问题。本文就此进行了对比论证和实例计算。