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。     

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。     

金属蜂窝异面压缩下平均压缩应力的理论模型

为了得出蜂窝材料在静态压缩及冲击加载下的异面压缩力学行为,基于蜂窝材料的对称性特点,以Y形蜂窝胞元为研究对象,根据能量守恒原理,将Y形蜂窝胞元所吸收的能量等效为塑性铰转动所需要的能量与Y形蜂窝胞元壁转动所需要的能量之和,在此基础上,分别采用Mises屈服准则和Tresca屈服准则推导蜂窝材料在静态压缩下的平均压缩应力的理论模型.基于Cowper-Symonds模型考虑应变率对Y形蜂窝胞元材料力学性能的影响,推导蜂窝材料动态平均压缩应力的理论模型.通过一系列的试验,验证了基于Tresca屈服准则推导的蜂窝材料在异面压缩下的平均压缩应力理论模型的正确性.     

纸蜂窝压缩密实化应变评估

分析纸蜂窝压缩密实化应变对纸蜂窝吸能特性评估的重要性,引入纸蜂窝压缩瞬时相对密度的概念,从理论上建立纸蜂窝压缩密实化应变评估方程,并做了不同结构参数的纸蜂窝准静态压缩试验,试验结果表明纸蜂窝胞壁厚度、边长和纸蜂窝的拉伸率等结构因素对压缩密实化应变均有一定的影响:纸蜂窝压缩密实化应变随胞壁的厚度δ的增大而减小;随蜂窝胞元边长ι的增大而增大:随蜂窝胞壁厚跨比δ/ι的增大而减小;随其拉伸率γ的增大,先增大后减小,在拉伸率为1时,其压缩密实化应变达最大值;纸蜂窝结构因素对其压缩密实化应变的影响与文中的理论公式是相符的,纸蜂窝的密实化应变与其相对密度近似呈反比例关系,当纸蜂窝的瞬时相对密度为0.39左右时,纸蜂窝压缩趋于密实化.将该评估方程用于五层瓦楞纸板的压缩密实化过程评估表明它也可用于其他结构形式纸蜂窝材料的压缩密实化应变评估,具有一定的普适性.     

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。     

壁面开孔蜂窝结构异面压缩的力学性能研究

为探讨壁面开孔蜂窝在准静态异面压缩下的平均压缩应力,基于简化的超折叠单元理论,以开孔"Y"型单胞为研究对象,推导了壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力计算式.通过建立不同孔边比的有限元模型,研究了平均压缩应力计算式中延展面积的影响因子,在尺度因子为1的情况下,延展面积影响因子与孔边比成线性关系.通过对具有不同厚边比的壁面开孔蜂窝平均压缩应力的数值计算,验证了理论计算式的准确性,并探讨了孔形状和尺度因子对平均压缩应力的影响.结果表明,壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力主要受绞线的变化及延展面积的影响,平均压缩应力随孔边比的增大而减小,当尺度因子增大时,其延展面积会减小,与尺度因子为1时相比,当尺度因子增大到使压缩过程较稳定时,平均压缩应力下降40％左右.     

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。     

蜂窝铝夹芯板准静态局压试验研究

通过准静态试验测试了蜂窝铝夹芯板的局压力学性能,分析了其破坏过程、破坏形态和典型荷载-位移曲线,研究了面层厚度、孔棱大小、压头类型、边界条件等因素对其极限荷载和吸能能力的影响。结果表明,蜂窝铝夹芯板局压荷载-位移曲线表现两种典型类型,呈现出弹性阶段、局部损伤阶段、强化阶段、整体损伤阶段、压缩致密阶段、底部破坏阶段等六个主要阶段。面层厚度和孔棱大小对夹芯板局压承载力和吸能能力有一定影响,压头类型对局压承载力和刚度有较大影响,但对吸能能力影响不大,边界条件和试件厚度对夹芯板强度和吸能能力影响不大。     

铝蜂窝夹层板动力学建模仿真与试验验证

卫星结构中含有大量的铝蜂窝夹层板,振动主要在蜂窝板之中传递.通过构建铝蜂窝夹层板有限元模型,可计算得到其响应特性,进而建立准确的卫星结构有限元模型,为微振动响应分析提供基础.文中基于Y单元,考虑应力作用下的剪切变形,将蜂窝壁视作Timoshenko梁,推导出等壁厚正六边形蜂窝芯层的等效参数.建立了蜂窝夹层板的等效模型,考虑预埋件与胶粘层质量的影响,并计算其固有频率、振型及频响曲线.蜂窝板模型前4阶固有频率与试验结果最大误差为2.29％,振型一致,且频响曲线近似,表明了蜂窝夹层板有限元模型的准确性.     

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。     

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。     

碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁轻量化设计

采用碳纤维铝蜂窝复合材料替代原铝合金材料,对汽车的保险杠横梁进行轻量化设计,并利用Abaqus CAE软件对比分析铝合金(6082-T6)、T300和T700碳纤维以及T300碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁的力学性能。利用碳纤维铝蜂窝复合材料结构方面的可设计性,探索碳纤维铝蜂窝复合材料面板的厚度、铝蜂窝的边长尺寸以及铝蜂窝的壁厚等结构参数对碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁性能的影响规律,通过调节结构参数获得最优性能的碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁。结果显示,设计的H₄碳纤维铝蜂窝复合材料的保险杠横梁的抗冲击性能优于传统铝合金,并且能减重50%左右,满足使用要求且轻量化效果显著。     

焊接铝蜂窝板焊接技术的研究

文章介绍了焊接铝蜂窝板的结构特征及其工艺特点,并进行焊接铝蜂窝板熔化焊的工艺试验。结果表明：随炉样块中的焊接铝蜂窝板面板的平均拉强度达到了182MPa,比焊接铝蜂窝板面板原材料的平均抗拉强度高出了50MPa。经熔化焊后的焊接铝蜂窝板面板焊接接头的平均抗拉强度为136MPa,达到了焊接铝蜂窝板面板强度的74%以上。经熔化焊后的铝蜂窝板的平压强度和平拉强度均有不同程度的减小,弯曲强度基本没有变化。     

蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

本文研究对象为低速碰撞交通事故中起吸能作用的吸能盒,通过研究汽车吸能盒的结构参数找到提升其吸能特性的合理结构,分别以六边形、类四边形和类蜂窝夹层结构填充吸能盒,运用理论分析与数值仿真相结合的方法对传统吸能盒和蜂窝填充结构汽车吸能盒进行吸能特性研究,提升传统吸能盒的吸能特性。研究结果显示：通过填充后,吸能盒的吸能特性得到大幅提升,并且类蜂窝夹层结构吸能盒还降低了传统吸能盒的碰撞力峰值,具有重要的创新性,为汽车吸能盒的发展提供了一种新的选择,同时为汽车的安全性设计提供了重要的参考依据。     

钢蜂窝夹芯结构的准静态压缩吸能特性

利用MTS810型材料试验机对Q215钢蜂窝夹芯结构进行了准静态压缩试验,分析了其结构参数对抗压强度和比吸能值的影响.结果表明:Q215钢蜂窝夹芯结构具有良好的吸能特性,比吸能值达到5～38 kJ·kg-1;沿x,Y方向压缩时,抗压强度和比吸能值均随面板厚度与夹芯厚度比的增加而增大;沿x方向压缩时,抗压强度和比吸能值均随胞壁厚度与胞壁边长比的增加而增大.     

超声切割铝蜂窝试验研究

超声切割技术作为快速发展的加工工艺,越来越广泛地应用于复合材料的加工,尤其是以纸蜂窝材料为代表的弱刚度复合材料。开展了超声切割铝蜂窝试验研究,通过分析不同振幅、不同进给速度下的切割力、超声切割后蜂窝工件的宏观和微观形貌,验证了超声切割铝蜂窝的可行性和优势。试验结果显示,超声切割后蜂窝宏观结构无明显破坏,无明显毛刺毛边产生,提高超声振幅和进给速度可以改善蜂窝切割后微观表面形貌;刀具的超声振动可以显著减小切割力,且在相同进给速度下随着超声振幅的提高,切割力变小;在相同超声振幅下随着进给速度的提高,切割力变大,但变化幅度较小。通过对超声切割铝蜂窝过程的受力分析,讨论了超声振幅、进给速度的变化对切割力的影响规律,并与试验结果进行对比,从理论上分析了造成超声切割力规律性变化的内在原因。     

自动铝蜂窝芯板拉伸机

介绍一种用于将预制好的铝蜂窝芯板拉伸至可用工作状态的自动拉伸专用机床,该结构简单,自动化程度较高,可有效减少人力,提高生产效率。     

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。     

铝蜂窝夹芯板胶接工艺研究

铝蜂窝夹芯板由于其强度好,重量轻,正广泛用于许多制件上。对铝蜂窝夹芯板成型用胶粘剂及胶接工艺进行了研究,通过胶粘剂筛选、表面处理方法及固化工艺研究,确定了夹芯板胶接工艺。