泡沫金属子弹撞击载荷下多孔金属夹芯板的动态响应

应用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了固支多孔金属夹芯板的塑性动力响应。讨论了多孔金属夹芯板在冲击载荷作用下的破坏模式。结果表明夹芯板的破坏主要表现在前面板的压痕与侵彻失效,芯层压缩和芯层剪切破坏。基于实验研究,应用LS-DYNA 3D非线性动力学有限元分析软件对夹芯板动力响应进行了有限元分析。数值研究结果与实验结果吻合较好。考察了加载冲量、面板厚度、芯层厚度及相对密度对多孔金属夹芯板抗撞击性能的影响。夹芯板的结构响应对其结构配置比较敏感,增加面板厚度或芯层厚度能够明显地减小后面板的挠度,提高夹芯板的抗撞击能力。研究结果对多孔金属夹芯板的优化设计具有一定得参考价值。     

泡沫铝夹芯板压入和侵彻性能的实验研究

利用MTS和落锤试验机研究了由复合材料面板和闭孔泡沫铝芯层组成的夹芯板结构在压入和侵彻时的变形和失效行为,并通过引入无量纲参数——能量吸收效率因子,探讨了一些关键参数对夹芯板压入和侵彻性能以及能量吸收性能的影响,如冲击能量、面板厚度、芯层厚度及相对密度、压头/锤头形状和边界条件等。结果表明夹芯板的破坏主要集中在压头作用的局部区域内。夹芯板的能量吸收效率对其结构参数比较敏感,增加上层面板厚度、芯层厚度或芯层相对密度能够有效地提高夹芯板结构的能量吸收能力以及抵抗压入和侵彻的能力,而下层面板厚度的对夹心板抗侵彻性能的影响不明显。不同的压头/锤头形状和边界条件对泡沫铝夹芯板的压入和侵彻响应以及能量吸收性能影响明显。     

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。     

拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响

泡沫铝材料是一种典型的拉压双模量材料,即受拉与受压时弹性模量不同。使用ABAQUS有限元软件对泡沫铝夹芯板的三点弯曲行为进行了模拟。首先,对泡沫铝芯层采用可压缩泡沫模型,通过对芯层的受拉区和受压区采用不同的弹性模量来讨论拉压弹性模量差异对夹芯板三点弯曲行为的影响。同时,在泡沫铝压缩响应一致的情况下,对可反映拉压弹性模量差异的孔洞模型和未考虑拉压弹性模量差异的可压缩泡沫模型的夹芯板三点弯曲模拟结果进行了比较。研究表明,泡沫铝芯层的弹性模量对夹芯板的三点弯曲行为模拟有较大影响。若不考虑泡沫铝拉压弹性模量的差异,得到的夹芯板三点弯曲情况下的加载刚度和屈服荷载明显偏低。     

拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响

泡沫铝材料是一种典型的拉压双模量材料,即受拉与受压时弹性模量不同。使用ABAQUS有限元软件对泡沫铝夹芯板的三点弯曲行为进行了模拟。首先,对泡沫铝芯层采用可压缩泡沫模型,通过对芯层的受拉区和受压区采用不同的弹性模量来讨论拉压弹性模量差异对夹芯板三点弯曲行为的影响。同时,在泡沫铝压缩响应一致的情况下,对可反映拉压弹性模量差异的孔洞模型和未考虑拉压弹性模量差异的可压缩泡沫模型的夹芯板三点弯曲模拟结果进行了比较。研究表明,泡沫铝芯层的弹性模量对夹芯板的三点弯曲行为模拟有较大影响。若不考虑泡沫铝拉压弹性模量的差异,得到的夹芯板三点弯曲情况下的加载刚度和屈服荷载明显偏低。     

缝纫泡沫夹芯复合材料板的稳定性分析

整体屈曲是缝纫复合材料夹芯板的一种重要失效模式。考虑到缝纫夹芯复合材料板一般较厚且面板与芯层厚度相差较大, 缝纫工艺对夹芯板刚度影响较大的特点, 基于高阶剪切理论, 编制了缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性分析的有限元程序。利用该程序对多个算例进行了计算, 所得临界屈曲应力与文献及试验结果吻合很好。同时, 讨论了不同边界条件下缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性随缝纫参数(包括针距、 行距和缝纫针半径)以及结构参数(包括面板铺层角、 芯层厚度和缝纫夹芯板边长)的变化规律。      

双层泡沫铝夹芯板抗滚石冲击结构性能优化研究

在山区桥墩抗滚石冲击领域中,防护结构优良的耗能性能是保证桥墩安全稳定的关键。为此,引入泡沫铝夹芯结构,通过MTS压缩试验与动力有限元分析芯体厚度变化对夹芯板耗能性能的影响。结果表明:相比于单层泡沫铝夹芯板,相同压载条件下双层泡沫铝夹芯板具有更优良的耗能能力;对于双层泡沫铝夹芯板,一定程度上增大上下层泡沫铝芯体厚度均可有效提升夹芯板耗能性能,然而,当芯体厚度增大到一定值时,夹芯板耗能性能不再显著提升;双层泡沫铝夹芯板上下层厚度的最优化比例为3:2。上述研究成果已应用于S303映(秀)-卧(龙)公路青岗坪渔子溪大桥桥墩,防护效果显著。     

等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板的热性能

为研究等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板传热机制,利用导热仪对夹芯板的传热性能进行了实验测试与模拟研究。结果表明:夹芯板稳态导热系数模拟结果与Swann and Pittman经验公式的计算结果相吻合,验证了数值计算胞体平面模型的合理性;Part2为夹芯板稳态传热的主要构件,Part2胞壁厚度与边长对夹芯板导热系数有显著影响,Part2高度、Part1与Part3厚度及面板厚度对夹芯板导热系数的影响偏弱;同时,若仅需降低夹芯板的导热系数,而忽略对夹芯板静力学性能要求,应该更换蜂窝芯层材料;若需夹芯板同时满足隔热性能与静力学性能,多层蜂窝芯夹芯板是很好的选择。      

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。      

明胶鸟弹撞击复合材料蜂窝夹芯板试验

开展明胶鸟弹撞击复合材料蜂窝夹芯板试验,研究夹芯结构在软体高速冲击下的损伤形式,分析相关因素对结构动态响应结果的影响。通过CT扫描对复合材料蜂窝夹芯板内部进行检测可知,面板出现分层、基体开裂、纤维断裂、凹陷、向胞内屈曲等损伤形式,蜂窝芯出现芯材压溃、与面板脱粘的损伤形式;分析复合材料蜂窝夹芯板后面板的动态变形过程及撞击中心处位移-时间数据可知,复合材料蜂窝夹芯板在撞击过程中出现由全局弯曲变形主导和局部变形主导的两种变形模式;通过对比不同工况下的复合材料蜂窝夹芯板损伤程度可知,复合材料蜂窝夹芯板损伤程度随鸟弹撞击速度的增加而增大;蜂窝芯高度为10 mm的复合材料蜂窝夹芯板较蜂窝芯高度为5 mm的复合材料蜂窝夹芯板的损伤程度大;初始动能较大的球形鸟弹较圆柱形鸟弹对复合材料蜂窝夹芯板造成的冲击损伤程度更大。      

不同铺层方式下连续玻璃纤维/聚丙烯复合材料波纹夹芯板的力学性能

制备了多种铺层方式的连续玻璃纤维/聚丙烯（GF/PP）复合材料波纹夹芯板,并研究了GF/PP复合材料波纹夹芯板的平压性能和弯曲性能。结果显示:面板相同时,增加芯板厚度可大大增加夹芯板整体的平压性能;芯板相同时,面板的铺层方式对夹芯板的平压性能有一定影响,且面板含有0°和90°铺层的波纹夹芯板具有最高的平压模量,为59.55 MPa,而单纯增加面板厚度对提升波纹夹芯板的平压性能影响不大;面板铺层方式对弯曲性能具有较大影响,面板为0°铺层的波纹夹芯板具有最高的横向弯曲模量,为783.66 MPa,面板为90°铺层的波纹夹芯板具有最高的纵向弯曲模量,为732.09 MPa;面板为单向铺层（0°或90°铺层）时,会使夹芯板另一方向（纵向或横向）的弯曲性能形成短板。      

泡沫铝夹芯板抗冲击性能分析

试验设计了3块钢板夹泡沫铝夹芯板,厚度分别为50 mm、70 mm和100 mm。对每种厚度夹芯板进行七组不同落锤高度的冲击试验,测得了上、下面板变形值,记录了夹芯板的破坏情况。应用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA进一步还原夹芯板冲击过程,导出了面板与芯材的吸能占比。基于假设的夹芯板理论模型,给出了平均冲击荷载、局部变形和整体变形最大值的估算公式。结果表明:当夹芯板尺寸和材料强度一定时,局部变形值与落锤高度的平方根成正比,整体变形最大值、平均冲击力均与落锤高度的平方根成线性关系。夹芯板的抗冲击性能主要依靠增大泡沫铝芯层的变形进行耗能,芯层越厚,泡沫铝吸能占比越大,局部变形越小,夹芯板受到的冲击力越大。     

两端固支泡沫铝夹芯梁在冲击荷载作用下的动力响应

提出两端固支泡沫铝夹芯梁在跨中受到冲击荷载作用下动力响应的简化理论计算方法。运用该方法及有限元软件LS-DYNA分别计算了泡沫铝夹芯梁在冲击荷载作用下的动力响应,着重考查了面板材料及芯材厚度对泡沫铝夹芯梁跨中位移的影响情况。并通过试验测量结果对理论计算结果及数值模拟结果进行了验证。研究显示,在不同冲量作用下,泡沫铝夹芯梁跨中位移理论值与实验结果两者符合程度较好,最大误差仅为14%;HRB335级钢面板泡沫铝夹芯梁较304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁在相同冲量作用下具有更小的跨中位移;芯材厚度的增加对提高泡沫铝夹芯梁抵抗冲击荷载的性能也有一定的贡献,夹芯梁芯材厚度由10mm增加至20mm,其跨中位移减小了33%左右。     

缝合对泡沫夹芯复合材料低速冲击性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究缝合对泡沫夹芯复合材料抗低速冲击的影响,以未缝合、全厚度缝合和冲击面纤维面板三类缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料板为研究对象,采用落锤冲击试验机对泡沫夹芯复合材料板进行10J能量的冲击试验。然后使用水浸超声波扫描成像系统对冲击后的复合材料板进行损伤检测,得出泡沫夹芯复合材料板内部不同深度层的损伤情况。采用ABAQUS有限元软件对上述三类泡沫夹芯复合材料板进行有限元模拟,得出了低速冲击响应过程及面板的损伤情况,并进行了实验与数值模拟结果对比分析。研究结果表明,缝合会使得各铺层的损伤趋向均匀化,能够大幅提高层合板的整体性使各铺层之间的衔接更加紧密。在较小冲击能量下,全厚度缝合与冲击面纤维面板缝合都能够抑制分层的破坏,并且抑制分层的效果相差不大,且靠近冲击面的层与层之间更加容易产生分层的破坏。     

缝合对泡沫夹芯复合材料低速冲击性能的影响

为了研究缝合对泡沫夹芯复合材料抗低速冲击的影响,以未缝合、全厚度缝合和冲击面纤维面板三类缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料板为研究对象,采用落锤冲击试验机对泡沫夹芯复合材料板进行10J能量的冲击试验。然后使用水浸超声波扫描成像系统对冲击后的复合材料板进行损伤检测,得出泡沫夹芯复合材料板内部不同深度层的损伤情况。采用ABAQUS有限元软件对上述三类泡沫夹芯复合材料板进行有限元模拟,得出了低速冲击响应过程及面板的损伤情况,并进行了实验与数值模拟结果对比分析。研究结果表明,缝合会使得各铺层的损伤趋向均匀化,能够大幅提高层合板的整体性使各铺层之间的衔接更加紧密。在较小冲击能量下,全厚度缝合与冲击面纤维面板缝合都能够抑制分层的破坏,并且抑制分层的效果相差不大,且靠近冲击面的层与层之间更加容易产生分层的破坏。     

泡沫铝夹层结构复合材料低速冲击性能

以泡沫铝为夹芯材料,玄武岩纤维(BF)和超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料为面板,制备夹层结构复合材料。研究纤维类型、铺层结构和芯材厚度对泡沫铝夹层结构复合材料冲击性能和损伤模式的影响规律,并与铝蜂窝夹层结构复合材料性能进行对比分析。结果表明:BF/泡沫铝夹层结构比UHMWPE/泡沫铝夹层结构具有更大的冲击破坏载荷,但冲击位移和吸收能量较小。BF和UHMWPE两种纤维的分层混杂设计比叠加混杂具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫铝厚度的增加,夹层结构复合材料的冲击破坏载荷降低,破坏吸收能量增大。泡沫铝夹层结构比铝蜂窝夹层结构具有更高的冲击破坏载荷,但冲击破坏吸收能量较小;泡沫铝芯材以冲击部位的碎裂为主要失效形式,铝蜂窝芯材整体压缩破坏明显。     

基于Taylor实验及理论分析的泡沫铝动态冲击特性研究

泡沫铝是一种优异的结构材料,有着广泛的应用前景,研究其冲击动力学性能具有重要的理论意义及工程应用价值。Taylor冲击实验主要利用圆柱弹体撞击刚性墙来获取弹体材料的动态响应数据,是一种重要的动态实验手段,在实体金属领域较为成熟。由于泡沫铝自身的可压缩性,经典Taylor理论无法适用,在一定假设基础上基于实验数据建立了针对泡沫铝动态冲击响应的Taylor分析模型,并验证了模型的有效性。实验结果表明：Taylor冲击后,泡沫铝子弹变形段平均密度随撞击速度的增加而增加,且当撞击速度大于110m/s时,其增长趋于平缓;泡沫铝子弹剩余长度随撞击速度的增加而减小,且近似呈线性关系。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

泡沫芯层夹层结构水下爆炸冲击特性研究

研究分析了用于提高水下结构抗冲击性能的泡沫芯层夹层结构受水下爆炸作用时的冲击响应及其流固耦合问题。着重讨论了芯层相对密度不同时,夹层结构的前面板壁压、夹层结构入射冲量、前后面板的速度和加速度、后面板支撑反力等参量的变化规律,并讨论了前面板材料对夹层结构冲击响应的影响规律。     

蜂窝金属夹芯板重复冲击动态响应研究

蜂窝金属及其夹芯结构是一种物理功能与结构一体化的新型轻质高强结构,广泛应用于结构轻量化与碰撞冲击防护领域。采用ABAQUS非线性有限元软件建立了蜂窝金属夹芯板(honeycomb sandwich panel,HSP)结构动态冲击数值仿真模型,数值仿真计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了数值仿真模型的正确性。在此基础上,开展了重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构动态响应研究,得到了重复冲击力时程曲线、动态变形时程曲线、冲击力位移曲线以及最终挠度,分析了冲击能量、蜂窝壁厚以及上、下面板厚度分配对蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应的影响规律。研究结果表明,重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构上、下面板弯曲变形以及蜂窝芯层压缩变形逐渐积累,蜂窝芯层薄壁结构逐渐达到密实化,结构抗弯刚度逐渐上升,变形增量逐渐减小,结构整体能量吸收率下降。通过调节蜂窝壁厚和上、下面板厚度分配可以显著调节蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应与能量吸收性能。