约束状态下铝蜂窝异面压缩动态响应研究

以小尺寸铝蜂窝为研究对象,利用非线性有限元数值模拟方法,重点研究了约束状态下的响应特性,对比分析了自由状态与约束状态下的异面压缩动态响应。通过仿真结果与理论对比,证明了基于有限元方法研究铝蜂窝异面压缩动态响应的可行性和有效性。研究结果表明:周向约束能显著改善铝蜂窝的变形模式和响应特性;铝蜂窝结构在中低速条件下对压缩速度和加载方式不敏感;初始接触峰值载荷仅与厚跨比线性相关;对相同胞元尺寸的铝蜂窝,峰值载荷、平台载荷、比载荷、吸能量、质量比吸能均与厚跨比呈幂次关系,可由此设计响应理想的铝蜂窝;吸能量-载荷曲线肩点反映了铝蜂窝的最佳设计点,其线性拟合关系对工程应用很有参考价值。     

蜂窝铝异面压缩变形的有限元分析

考虑蜂窝铝结构细部特征,建立了基于壳单元的有限元模型,利用壳单元模型研究了蜂窝铝的异面压缩特性,验证了蜂窝铝壳单元模型的有效性。利用PAM-CRASH材料库中的41号材料建立蜂窝铝实体有限元模型,由壳单元模型推导计算材料本构关系中的各项参数。对蜂窝铝实体单元模型进行分析,通过将壳单元与实体单元模型进行对比,获得了应力-应变曲线和能量吸收曲线,发现可以利用实体单元模型替代壳单元模型,进行蜂窝铝异面压缩变形的有限元分析。仿真计算结果表明,相较于考虑蜂窝铝结构细部特征的壳单元模型,蜂窝铝实体单元模型计算规模更小,能够大幅缩短计算时间,提高计算效率。     

铝蜂窝填充CFRP结构的侧向压缩性能研究

采用准静态侧向压缩试验和有限元仿真相结合的方法,对铝蜂窝填充碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)结构的侧向压缩性能和破坏机理开展了研究。试验发现,在稳定破坏模式下,相对CFRP空管,铝蜂窝填充管件的平均峰值载荷、吸收能量和比吸能率分别提高251.6%,656.3%和400.0%,并且破坏过程也更加稳定。此外,采用Ls-dyna软件对铝蜂窝填充CFRP管件的破坏过程进行了仿真,发现铝蜂窝填充可以有效抵抗管壁变形,并且获得了与试验较吻合的破坏过程和力-位移曲线。研究表明,利用轻质铝蜂窝结构填充CFRP管件,能有效改善CFRP结构的侧向压缩性能和吸能性能。     

铝蜂窝夹芯板低速动态冲击响应研究

为研究不同结构参数对质量相同、强度不同的两种铝蜂窝夹芯板低速动态冲击响应的影响，建立了铝蜂窝夹芯板受半球型落锤低速冲击的数值模型，并将有限元计算结果与试验结果进行对比，检验了模型的可靠性。在此基础上，对比研究了不同上下铝板厚度和不同蜂窝芯壁厚对两种铝蜂窝夹芯板在低速冲击下吸能效果的影响。结果表明：在质量相同的情况下，强度小、高度大的夹芯板在低速冲击下力-位移曲线更易出现双峰模式，增加蜂窝芯壁厚或是上下铝板厚度都会使第一次的峰值力增加，第二次峰值力降低；强度小、高度大的夹芯板蜂窝芯在低速冲击中吸能占比更多，强度大、高度小的则是上层铝板吸收的能量更多，前者的质量、体积比吸能更高；铝蜂窝夹芯板质量比吸能和体积比吸能与壁厚边长比、板厚芯高比均呈幂次关系。     

缠绕式圆筒蜂窝的结构参数对吸能特性影响研究

为研究缠绕式圆筒蜂窝的结构参数对吸能特性影响,首先建立有限元仿真模型.然后利用控制变量法,系统地研究蜂窝结构参数对蜂窝吸能特性的影响.最后进行实验,并与仿真结果做对比.结果表明:随着波纹片边长减小、波纹片厚度和平片厚度增加,可以提高蜂窝平均应力和体积比吸能;减小波纹片边长、增加波纹片厚度可提高质量比吸能,而平片厚度的增...     

基于壳单元的侧碰移动可变形壁障研究

采用壳单元技术,参照蜂窝铝的真实窝孔结构,建立基于壳单元的侧碰移动可变形壁障(Moving deformable barrier,MDB)有限元模型;针对1∶1尺寸建模导致模型规模过大的问题,进行窝孔及单元尺寸等比例扩大,将单元规模缩减到原来的1/5;应用静态异面压缩仿真,对单元厚度与压缩强度进行参数化研究,合理匹配窝孔及单元尺寸扩大之后的单元厚度,确保模型缩放前后的静态压缩力学性能达到一致;针对动态试验压缩强度大于静态试验的现象,采用简易气囊模拟MDB窝孔中空气受压缩的率效应;结合侧碰试验中的蜂窝铝失效现象,设置铝箔的材料失效以及铝箔、前面板之间粘胶的材料失效;对所建立的壳单元MDB模型进行零部件级别与整车级别的试验验证,结果表明壳单元MDB模型具有很高的精度。     

铝蜂窝异面变形的数值模拟

铝蜂窝是一种优良的高强度、高吸能性的轻质材料,在各工业领域得到了广泛的应用。采用壳单元建立了铝蜂窝大变形有限单元模型,对受异面动力加载下的铝蜂窝进行了模拟,模拟结果与实验数据高度吻合,从而证明了模型的有效性。使用不同失效参数的冲孔模拟表明失效参数对冲孔力没有很大影响。与铝蜂窝的实体单元模型相比,壳单元模型能够准确地反映出铝蜂窝材料在动力加载下逐步坍塌的变形模式,这对于精确模拟汽车碰撞所采用的变形壁障有着重要的意义。     

泡沫铝材料参数反求及其填充锥形薄壁管的吸能性能研究

为了研究一种商业化生产的泡沫铝力学性能并对其填充结构进行仿真模拟,基于材料的准静态压缩试验和材料本构模型进行了泡沫铝和铝合金材料参数反求,并采用试验数据验证了所得材料参数的正确性。运用有限元软件LS-DYNA进行数值分析,研究了壁厚、锥角和填充泡沫铝密度等设计参数对泡沫铝填充锥形薄壁管吸能特性的影响。结果表明,利用材料反求的方法可获得准确的材料参数;泡沫铝密度和壁厚对平均力的影响更为显著,相比于锥角更易控制能量吸收;管壁厚度是影响初始峰值力的主要因素;填充泡沫铝后不仅能够改善薄壁管的变形情况、增大比吸能,且对初始峰值力的影响较小。     

六边形蜂窝铝异面动态冲击仿真研究

为研究六边形蜂窝铝碰撞后的异面动态峰应力和能量吸收情况,首先建立六边形蜂窝的三维模型并进行有限元网格划分,其次对该模型进行前处理工作,最后计算得出动态峰应力和单位体积能量值,并根据计算结果应用控制变量法分析二者随蜂窝铝壁厚和速度的变化规律,得出动态峰应力的理论公式。     

对铝蜂窝夹层板Y等效模型的动力学数值仿真

按照铝蜂窝板的生产工艺,利用ANSYS建立了铝蜂窝夹层板的实体有限元模型和Y等效模型,并在蜂窝板大小、蒙皮与夹芯高度之比、夹芯胞元壁厚和夹芯胞元大小等不同情况下,计算出2种模型在四边固支条件下的固有频率。经分析对比可知,2种模型在蜂窝个数达到一定数目时,数值仿真结果具有较高一致性。     

超大轴向冲击载荷下六边形蜂窝铝结构的吸能特性优化研究

针对60 MN超大力值拉向叠加式力标准机断裂保护装置的选型问题,以蜂窝铝为吸能件,对其在超大冲击能量下的吸能效率进行了研究。利用ABAQUS/Explicit对不同结构参数的蜂窝铝吸能结构进行了数值模拟,通过对比不同壁厚和六边形边长下蜂窝铝的平均载荷、峰值载荷和比吸能,得出了其吸能效率的变化规律;利用响应面优化方法,以壁厚和六边形边长为设计变量,建立了因变量的回归方程,采用遗传算法对其进行了优化设计;最后对优化结果进行了仿真验证。研究结果表明:随着壁厚增加以及小六边形尺寸减小,吸能件的各项指标都得到了改善;当蜂窝铝小六边形长边长为7.75 mm,壁厚为0.66 mm时有最优解;优化结果显示其各项指标误差值均控制在5%以内,该分析方法可为60 MN大型拉向叠加式力标准机缓冲装置的选型提供参考。     

薄壁件铣削加工中的铣削力仿真分析

为了研究薄壁件铣削加工过程中的铣削力分布规律,在对铣削加工模型分析基础上,针对材料为45#钢的薄壁零件,采用商业有限元软件ABAQUS建立能够反映实际状态的三维铣削模型,并进行模拟,获得铣削力曲线和应力、应变分布情况。为验证仿真结果的可行性,采用与有限元模型相同的条件进行实验并获得铣削力实验数据,对比表明:铣削力的模拟结果与实验结果能够较好的吻合。分析结果表明:所建立的薄壁零件三维铣削有限元模型是可行的,其对铣削力和薄壁零件加工变形预测具有重要意义。     

胞元参数对铝蜂窝吸能特性的影响

铝蜂窝是一种多孔材料,具有良好的吸能特性,广泛应用于航天领域和轨道交通领域。六边形铝蜂窝的吸能特性受胞元边长l、胞元壁厚t及扩展角α的影响;加强正六边形铝蜂窝的吸能特性与正六边形铝蜂窝不同。通过对不同胞元参数的正六边形铝蜂窝吸能特性进行理论计算,用Hypermesh对正六边形和加强正六边形蜂窝结构进行准静态压缩仿真分析,得到其平均应力和比吸能。结果表明:正六边形和加强正六边形铝蜂窝的平均应力和比吸能随蜂窝胞元边长的增大而减小,随壁厚的增大而增大;相同胞元参数下,加强正六边形蜂窝的平均应力及体积比吸能高于正六边形蜂窝,但是质量比吸能小于正六边形蜂窝。     

螺杆空压机转子型面轴向力计算与有限元研究

根据排气内压缩角计算对应的转子齿顶螺旋线和啮合线,然后建立完整的转子受力三维模型,接着分齿槽计算转子各齿槽受力并汇总型面总轴向力,利用有限元分析软件ANSYS Workbench分析计算同工况下的转子型面轴向力,并对比2种计算方式的计算结果,提出了利用有限元分析软件计算转子型面轴向力的快速、有效方法,计算结果为后续轴承选型和寿命计算提供依据。     

微小孔钻削过程轴向力和扭矩的模拟研究

对微小孔标准麻花钻钻削力进行研究,采用UG的驱动方程曲线功能建立微小孔标准麻花钻并测量相关角度,建立钻削过程的简化模型;利用金属成型有限元仿真专用软件DEFORM 3D对微小孔钻削过程的轴向力和扭矩进行了研究。将仿真结果与传统经验公式及实验数据进行了对比,结果表明：DEFORM分析的简化模型结果表明加宽后的横刃对钻削过程中轴向力的贡献远远大于经验数据,该简化模型在仿真结果的准确性上优于经验公式,更接近于实际情况。     

基于多折叠单元理论的蜂窝纸板面外压缩数值模拟

通过原纸拉伸试验获取蜂窝纸板的材料参数，建立蜂窝纸板的有限元简化模型(Y单元模型),采用有限元方法对该模型进行准静态加速压缩模拟，并与蜂窝纸板的面外准静态压缩试验结果进行对比；采用该模拟方法研究蜂窝孔边长、纸板厚度和胞壁厚度对Y单元折叠模式的影响。结果表明：Y单元模型经准静态加速压缩模拟得到的形貌与试验结果相吻合，压缩应力-应变曲线中平台应力的模拟结果与试验结果的相对误差为3.87%,验证了该模型的可靠性；不同规格的Y单元模型在压缩后共出现3种折叠模式，蜂窝孔边长和纸板厚度是影响Y单元折叠模式的2个关键因素。1/2蜂窝孔边长与一次折叠褶皱波长的比值会影响Y单元的一次折叠模式，而双层胞壁与单层胞壁的厚度差是导致多折叠模式发生的主要原因。     

加强型蜂窝准静态压缩应力的理论、数值模拟及试验研究

为拓宽加强型蜂窝应用,研究其力学性能与结构参数的关系。首先,分析加强型蜂窝的结构,提取Y型胞元,以此为基础分析塑性铰单元。然后,将简化超折叠理论应用到Y型胞元结构折叠变形吸能分析,并分别利用基于屈雷斯佳和米塞斯屈服准则,推导蜂窝异面方向准静态平台应力理论模型。再次,选用壁厚为0.15 mm、边长为2.5 mm的铝合金5052H18,通过Ls-Dyna建立蜂窝仿真模型,获得平均应力,并将理论值与仿真值进行对比。结果表明,2种屈服准则下,理论值与仿真结果相关性为0.96,偏差在-12.16%～3.60%。最后,对普通型和“4+1”型蜂窝制样进行准静态压缩测试,结果表明,2种规格理论强度与实际测试强度偏差在-2.51%～1.56%。说明理论计算式正确,可为加强型蜂窝选型提供有效的设计依据,为工程应用提供一定的指导价值。     

蜂窝铝缓冲结构的仿真分析及应用研究

为得到具有良好耐撞性能的缓冲结构,提升车辆在碰撞中的安全性,以蜂窝铝为研究对象,建立了有限元模型,研究了不同壁厚参数的正六边形铝蜂窝结构的吸能特性,并进一步分析了截面尺寸对缓冲结构碰撞特性的影响,最终结合实际应用,给出了性能合格的缓冲结构方案。通过等效的台车测试,试验和仿真结果的基本一致,验证了有限元模型的正确性。研究结果表明,蜂窝铝缓冲结构能有效吸收车辆的碰撞动能,并降低碰撞过程中车辆的最大减速度,研究对车辆缓冲结构及其参数的选定有重要的参考意义。     

基于ADAMS的机械手抓取机构的仿真分析及优化

在分析机械手抓取机构的工作原理的基础上,运用理论力学基础对它做受力分析,得出输入力和输出力之间的关系公式。运用专业三维设计软件UG建立三维模型,通过Parasolid传输标准将三维模型导入专业仿真软件ADAMS中。对其进行仿真分析,对比仿真实验数据与理论数据。最后建立合适的变量对模型进行优化处理。     

相似理论在泡沫铝冲击吸能过程的应用分析

为解决大型泡沫铝元件实体冲击试验成本较高,数值模拟计算量大的问题,基于相似理论按尺寸比3∶1建立三种(圆台、四棱台及六棱台型)泡沫铝元件大、小模型,应用量纲分析法推导对应模型冲击吸能量的相似比,并进行有限元仿真及小模型实体冲击试验。结果表明,冲击试验吸能量与其有限元仿真结果误差较小,验证了有限元仿真对泡沫铝轴向冲击过程的可行性。三种元件大、小模型的有限元仿真吸能量比值分别为26.51,27.18,26.73,与依量纲分析法所得吸能量相似比27∶1相近,表明可基于相似理论对泡沫铝元件轴向冲击过程的吸能特性进行分析。