泡沫铝填充薄壁铝合金多胞构件与单胞构件吸能性能研究

为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的吸能能力,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的数值仿真.对经典薄壁圆管试验及泡沫铝填充薄壁圆管试验进行了数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟泡沫铝填充薄壁圆管在轴向冲击过程中的撞击力和变形发展.基于该模型对比研究了不同因素下泡...     

泡沫铝填充薄壁金属管塑性变形缓冲器吸能特性的试验研究

摘要：通过试验方法研究了泡沫铝填充薄壁金属管塑性变形缓冲器在准静态作用下的吸能特性。首先,进行了泡沫铝,薄壁金属管塑性变形缓冲器及泡沫铝填充薄壁金属管塑性变形缓冲器的轴向压缩试验。然后,根据试验结果,对泡沫铝填充薄壁金属管塑性变形缓冲器的吸能特性进行了分析,并与独立的泡沫铝及薄壁金属管塑性变形缓冲器的吸能特性进行了比较。结果表明,泡沫铝填充薄壁金属管塑性变形缓冲器的吸能特性有了很大的提高。在吸收的能量一定时,泡沫铝填充结构能够减少吸能结构所需要的体积与质量。     

闭孔泡沫Al-Cu填充铝合金薄壁管的低速冲击性能

目的 研究闭孔泡沫Al-Cu填充铝合金薄壁管在低速冲击载荷下的力学及吸能性能,探究泡沫Al-Cu与铝合金薄壁管之间的交互作用。方法 采用粉末冶金发泡法制备闭孔泡沫Al-Cu,并将其直接填充到铝合金薄壁管中,获得闭孔泡沫Al-Cu填充薄壁管(简称“填充管”)。采用万能电子试验机和冲击试验机对试样进行力学及吸能性能测试,采用VIC-3D系统和高速摄像机观察试样的宏观变形行为,采用扫描电子显微镜(SEM)分析试样的微观断口形貌。结果 在不同冲击能量下,泡沫Al-Cu具有较稳定的吸能特性。在相同位移下,较大冲击能量下的填充管能够吸收更多能量。与薄壁管相比,受冲击后填充管的形变较小且其冲击曲线更加平稳,表明泡沫Al-Cu芯材的填入能够增强变形稳定性及整体吸能能力。与泡沫Al-Cu相比,填充管受应变率影响较小,可在较宽应变率范围内稳定吸能,较高应变率下的冲击会导致泡孔发生脆性断裂。结论 填充泡沫Al-Cu芯材能够提高薄壁管受冲击载荷时的变形稳定性,两者之间的相互作用使填充管结构具有更好的吸能性能。     

锥形多胞薄壁管斜向冲击吸能特性仿真研究

采用有限元仿真,以比能量吸收和冲击峰值力为评价指标,研究了一种轴对称锥形多胞薄壁方管在不同冲击角度下的失效模式和吸能特性,分析了包括长径比、壁厚和锥度在内的结构参数对其斜向冲击吸能特性的影响,并拟合出可用于斜向冲击下比能量吸收和冲击峰值力预测的解析公式。结果表明,锥形多胞薄壁管在斜向冲击下的吸能特性明显优于其他类似薄壁吸能结构;结构参数对其吸能特性影响明显;拟合得到的解析公式为此类结构优化设计提供了参考和依据,并有利于工程实际应用。     

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。     

泡沫铝填充薄壁金属管结构冲击吸能特性研究

目的 为了研究静动态加载下泡沫铝填充薄壁金属管结构吸能特性随泡沫铝密度的变化规律。方法利用材料试验机对3种不同密度的泡沫铝填充薄壁金属管结构进行准静态压缩,利用Taylor–Hopkinson实验装置对相同结构进行动态压缩实验,基于电测和光测法获得结构的静动态压缩载荷位移曲线,对载荷位移曲线进行积分得到结构的静动态吸能特性。结果 准静态压缩下,随着泡沫铝密度的增加,泡沫铝填充薄壁管结构能量吸收能力近似成指数增加。动态压缩下,结构能量吸收能力随泡沫铝密度增加先保持不变后增加。结论 准静态压缩下,在薄壁金属管中添加泡沫铝能明显增加泡沫铝填充薄壁金属管结构能量吸收能力,但在动态压缩下,低密度泡沫铝的添加无益于增加结构的能量吸收能力,为增加薄壁金属管的吸能能力需要求泡沫铝的密度超过一定值。     

泡沫铝冲击吸能器参数的优化设计

对泡沫铝冲击吸能器的安装方式进行设计与简化,在此基础上建立泡沫铝冲击吸能器的数学模型,利用MATLAB优化工具箱对泡沫铝冲击吸能器的数学模型进行优化求解,得出优化后吸能元件的参数。研究表明,优化设计后吸能器的吸能能力和稳定性得到了提高,优化后结构的比吸能也明显高于优化前,优化效果十分显著。优化设计可为设计和开发泡沫铝吸能器质优产品,提供可靠实用的借鉴和可行的理论依据。     

填充泡沫混凝土铝管组合挂板的吸能性能

为提高金属圆管组合挂板的吸能性能,提出一种填充泡沫混凝土铝管组合挂板。在铝管中分别填充不同密度(300 kg/m³、700 kg/m³、1 100 kg/m³)的泡沫混凝土,并对单根填充泡沫混凝土铝管和填充泡沫混凝土铝管组合挂板在准静态压缩下的变形模式、力学性能和吸能性能进行试验研究。结果表明：与单根空铝管相比,填充300 kg/m³泡沫混凝土会小幅降低填充铝管的吸能性能,随着填充物密度增加至700 kg/m³和1 100 kg/m³,填充铝管的吸能性能大幅提升,能量吸收总量分别提高286%和815%;与单根铝管压缩相比,组合挂板中填充铝管产生的挤压作用会大幅提升空铝管和填充300 kg/m³泡沫混凝土铝管组合挂板的比吸能,分别提升28.6%和68.9%,而降低填充700 kg/m³和1 100 kg/m³泡沫混凝土铝管组合挂板的比吸能,分别降低42.7%和38.1%。因此,考虑组合挂板实际...     

泡沫铝力学性能与吸能特性研究进展

综述了泡沫铝的力学性能与吸能特性近些年来的研究成果。首先,对泡沫铝力学性能实验测量方法与技术进行了介绍,重点对泡沫铝动态压缩力学性能的实验测量技术进行了分析和总结。其次,对应变率、相对密度、孔径和胞孔结构等影响泡沫铝力学性能的相关研究成果进行了分析。最后,对泡沫铝吸能特性及其工程应用进行了分析和展望。     

泡沫铝冲击吸能器被动冲击隔离技术试验研究

针对舰船及其设备在服役期间必然要面对接触爆炸、非接触爆炸以及舰船自身武器发射等带来的冲击问题。文章参照德国BV043/73标准,试验研究一种基于泡沫铝冲击吸能器的被动冲击隔离技术,得出泡沫铝冲击吸能器的应用能有效消除设备的二次冲击和其工程应用是现实可行的结论,为其应用提供重要的指导基础。     

泡沫铝填充多棱管的吸能分析

通过LS-DYNA模拟分析泡沫铝填充多棱管的准静态过程。以柱壳比（R）作为比较具有不同截面形状的泡沫铝填多棱管的依据。通过比吸能、比力和能量吸收率,实现泡沫铝填充多棱管吸能性能的定量化比较分析。研究发现在具有相同柱壳比的条件下,泡沫铝填充四棱管的比吸能最高;泡沫铝填充八棱管的能量吸收率最高（约78%）;四棱管的吸能量占泡沫铝填充四棱管总吸能量的比例最小（约57%）。不同的几何形状和结构对泡沫铝填充多棱管的吸能性能有着显著的影响。同时,对泡沫铝填充多棱管的变形模式和内在机制也做了初步的分析     

泡沫铝-聚氨酯复合材料力学及吸能性能分析

目的 研究泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料准静态压缩力学性能、吸能性能、吸能效率和理想吸能效率的影响。方法 将制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料试样在万能材料试验机上进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,由应力-应变曲线分析材料的吸能性能、吸能效率、理想吸能效率。结果 当泡沫铝孔径一定,泡沫铝相对密度由0.350提升至0.384时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了4.38 MPa,而最大吸能效率由0.29下降至0.27,准静态压缩性能有所提高。当泡沫铝相对密度一定,泡沫铝孔径由5 mm增加至9 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了6.16 MPa,而最大吸能效率由0.25升高到0.27,准静态压缩性能有所提高。结论 当进行准静态压缩时,泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的吸能性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的最大吸能效率随相对密度的增大而减小,随孔径的增大变化微小。     

填充泡沫铝的多层铝管动态压溃吸能特性研究

采用数值模拟的方法研究和分析了无填充物的多层铝管结构的吸能特性,结果发现多层铝管相比单层铝管,不但具有较大的吸能量,而且还具有较高的比吸能率;在此基础上,设计了不同层数的多层管泡沫铝填充结构,研究发现泡沫铝不但受轴向压溃变形,同时也受到了铝管层之间的相互作用力使其在径向发生了变形;之后对多层管填充3种不同密度的泡沫铝,采用变参分析的方法研究了多层管层数和泡沫铝密度对整个结构吸能特性的影响;研究结果表明:填充泡沫铝的多层管,随着层数的增加,其比吸能率和吸能量也随之有所增加,随着泡沫铝密度的提高,比吸能率的提高量开始下降,但仍高于填充相同泡沫铝的单层管。     

薄壁金属管塑性变形缓冲器吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了薄壁铝管塑性变形缓冲器在准静态作用下的吸能特性。为了对各种缓冲器的缓冲性能进行综合评价,给出了三类缓冲器缓冲性能的评价方法。分析了薄壁金属管塑性变形缓冲器在工作过程中的变形机理,在此基础上,提出了通过对缓冲器胀环的不定径部分进行预处理,可以大大的提高缓冲器的理想吸能效率,减小缓冲力在工作过程中的波动。最后,对12种经过预处理后的薄壁铝管塑性变形缓冲器进行了试验,结果表明,通过该方法可以大大提高缓冲器的理想吸能效率,验证了该方法的正确性与可行性。     

考虑几何尺寸和物性参数影响的铝硅闭孔泡沫材料冲击吸能性能分析

几何尺寸和物性参数对铝硅闭孔泡沫材料动态力学性能影响较大。消除材料自身尺寸效应的影响,采用落锤冲击实验方法对不同几何尺寸和物性参数的泡沫材料进行冲击实验,研究几何尺寸和物性参数对材料冲击吸能特性的影响。冲击实验结果表明:(1)材料几何高度增加,冲击作用下应变值减小,吸能量却有减小趋势,说明材料几何高度增大,极易产生材料孔壁破裂或整体失稳破坏,造成材料抵抗冲击载荷能力降低,立方体试件高宽比在1.0～1.5之间为宜,圆柱体试件高宽比为1.0～2.0时缓冲吸能作用发挥较好;(2)随着材料直径增大,抗压强度值增加,且峰值后降低幅值减小,应变值逐渐减小,说明材料直径的增加提高了抗压强度值,增强了材料抗冲击能力,但直径增加有一定界限,圆柱和立方体高宽比为1.0左右为宜;(3)材料密度越大,抗压强度值也越高,但峰值后的突降也越大;材料孔隙度越大,抗压强度值越小,材料易产生破坏,抗冲击能力也较低;材料孔径增大,抗压强度值降低,但变形量增加,受冲击载荷作用影响较大;(4)对比结果得到冲击吸能效果良好的泡沫材料合理物性参数,密度为0.35～0.70g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0mm。     

纸瓦楞夹层板的压缩变形与塑性吸能特性研究

目的研究在不同压缩速率下纸瓦楞夹层板的压缩变形与塑性吸能特性。方法利用Hoff夹层板、正交各向异性弹性薄板理论和工程梁理论,研究瓦楞夹层板的横向压缩位移,分析瓦楞芯层的压缩变形模式及塑性吸能特性,提出芯层结构的压溃强度模型,并通过静态压缩实验进行对比分析。结果B型、C型纸瓦楞夹层板的压溃强度理论预测值分别为0.1195,0.0612 MPa,在1,12,18,48 mm/min的压缩速率下,B型纸瓦楞夹层板的压溃强度分别为0.1011,0.1071,0.1048,0.1075 MPa,C型纸瓦楞夹层板的压溃强度分别为0.0462,0.0640,0.0475,0.0451 MPa。结论低应变率(低压缩率)条件下,纸瓦楞夹层板的横向压缩性能影响基本不变,弹性强度、屈服强度、压溃强度等基本相同。对于相同的材质,几何参数对纸瓦楞夹层板的压缩性能和塑性吸能影响较大。     

椭圆形泡沫填充薄壁管斜向冲击吸能特性仿真研究

为了提高汽车在斜向碰撞中的防撞性,提出了一种新型的椭圆形泡沫填充管。以比吸能和冲击力峰值作为评价指标,采用有限元仿真的方法分析了椭圆向心率、壁厚和泡沫铝密度等参数对其斜向冲击吸能特性的影响。结果表明:向心率的减小,在小角度冲击时,可降低冲击力峰值,大角度冲击时,能提高比吸能量;比吸能和冲击力峰值与壁厚近似为线性关系;泡沫铝密度为0.153 g/cm~3时,泡沫填充管的综合比吸能最小,而冲击力峰值则随着泡沫密度的增大而增大。因此,合理地设计椭圆形泡沫填充管参数有利于提高汽车的防撞性,从而提高乘员安全性能。     

泡沫铝填充碳纤维增强树脂复合材料薄壁管的压缩变形行为与吸能特性

将填加造孔剂法制备的泡沫铝物理嵌入碳纤维增强树脂(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)复合材料薄壁管中,从而获得泡沫铝填充CFRP复合材料薄壁管的复合结构。针对CFRP薄壁管、泡沫铝和泡沫铝填充CFRP复合材料薄壁管分别开展准静态压缩试验测试其压缩和吸能性能,并在压缩过程中采用数字图像相关技术(Digital image correlation,DIC)同步分析其变形模式;进一步研究在不同环境温度下(25~150℃)泡沫铝填充CFRP复合材料薄壁管的压缩与吸能性能及失效模式。结果表明:泡沫铝作为填充芯材改变了CFRP复合材料薄壁管的压缩变形行为,由单一CFRP复合材料薄壁管的散射开花失效转变为泡沫铝填充CFRP复合材料薄壁管的纤维层断裂失效。同CFRP复合材料薄壁管相比,泡沫铝填充CFRP复合材料薄壁管的应力波动显著减小。随环境温度的升高,CFRP复合材料薄壁管、泡沫铝和泡沫铝填充CFRP复合材料薄壁管的压缩与吸能性能均不断降低,但泡沫铝与CFRP复合材料薄壁管之间的交互作用增强,泡沫铝对CFRP复合材料薄壁管的增强作用在高温下表现更为显著。      

泡沫铝相对密度对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的通过准静态压缩试验研究泡沫铝-聚氨酯复合材料(AF-PU)的压缩性能,并利用试验数据探究泡沫铝(AF)相对密度对整体材料吸能性能的影响规律。方法首先使用相关仪器和材料制备AF-PU复合材料,其次用相关仪器对其进行准静态压缩试验。结果 AF-PU复合材料通过相关仪器进行准静态压缩试验,计算得到相对应的应力-应变曲线,同时通过计算得到相对应的吸能-应变曲线。当泡沫铝相对密度从5.6%增加到6.7%时,整体复合材料的屈服强度提升了22.18%。在压缩过程中,当复合材料的压缩应变为0.8时,整体复合材料的总吸能增加了70.08%。结论 AF-PU复合材料的吸能性能随着AF相对密度的增加而增强。     

泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的 研究在压缩过程中,泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响。方法 对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果 通过准静态压缩实验得出泡沫铝以及不同孔隙率的泡沫铝-聚氨酯复合材料的应力-应变曲线,分析可知泡沫铝孔隙率从94.6%降到93%,其吸能性能增加了71.9%。结论 在泡沫铝中加入聚氨酯形成的泡沫铝-聚氨酯复合材料相比于泡沫铝的吸能性能得到很大提高,且泡沫铝的孔隙率与泡沫铝-聚氨酯的吸能性能成负相关的关系。