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。     

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。     

浮冰碰撞下蜂窝金属夹芯板动态响应研究EI北大核心CSCD

采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合混凝土冰材料数值模型,建立了楔形冰碰撞下蜂窝金属夹芯板动态响应数值仿真模型,得到了碰撞过程的冲击力时间曲线和冲击力位移曲线、蜂窝金属夹芯板的变形以及冲击能量分配情况,并开展了楔形冰-蜂窝金属夹芯板碰撞冲击试验验证。研究结果表明,楔形冰碰撞下蜂窝金属夹芯板上面板表现为局部凹陷与整体弯曲的耦合变形模式,下面板表现为整体弯曲变形模式,冲击能量转化为蜂窝金属夹芯板的变形能和楔形冰的回弹动能以及冰体破碎耗散能量,数值仿真与试验结果吻合较好,验证了数值计算模型的准确性。在此基础上,研究了浮冰碰撞冲击位置以及蜂窝芯层厚度对其动态响应及能量分配的影响规律。     

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。     

固支圆形泡沫铝夹芯板在爆炸作用下变形研究

为研究泡沫铝夹芯板(简称"AFSP")的抗爆特性及其与泡沫铝板或实体金属板抗爆性能差异,对3种固支圆形板在钢管内油气混合物点火产生的爆炸荷载作用下残余变形进行试验研究。主要分析泡沫铝板在爆炸荷载下破坏特点、相同荷载条件下AFSP与实体金属板残余变形大小差异、面板材质与芯材厚度的变化对AFSP残余变形的影响等。试验结果显示:单独泡沫铝板在爆炸荷载作用下易发生整体剪切破坏;与实体板相比,芯材厚度为16 mm的AFSP在质量仅增加25.9%的条件下,残余变形减小48.5%;同载同重的钢面板较不锈钢面板AFSP的残余变形量减小30.7%;AFSP的芯材厚度由8 mm增加至16 mm,在荷载稍有增加时,残余变形反而减少了51.6%。AFSP较相同重量的实体金属板具有更好抵抗爆炸荷载的能力,AFSP的芯材厚度与面板材料是影响其抗爆性能的两个重要因素,AFSP是一种具有较好抗爆性能的复合材料。     

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。      

金字塔型点阵材料夹芯板抗爆性能仿真与优化

金属点阵材料夹芯板因其轻质、高比强度、高比刚度以及多功能和良好的可设计性等优势在工程防护领域应用潜力巨大。基于动力显式有限元法,仿真研究了金字塔型金属点阵材料夹芯板在爆炸载荷下的动态响应,并进行了针对其抗爆性能的多目标优化;建立了包含实体单元芯体的夹芯板详细有限元模型,并提出了采用梁单元芯体的简化模型;通过与文献实验结果对比验证了模型的有效性和准确性;在此基础上,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,采用单一变量法分析了芯体关键几何参数对夹芯板抗爆性能的影响;以关键几何参数为变量,利用响应面模型和遗传算法对夹芯板进行了抗爆性能多目标优化;并考虑爆炸当量不确定性,完成了夹芯板抗爆性能可靠性优化。结果表明,梁单元芯体简化模型可大幅度提高仿真计算效率,为夹芯板抗爆性能优化提供便利;芯体关键几何参数对金字塔型点阵夹芯板抗爆性能影响很大;多目标优化和可靠性优化能够提高金字塔型点阵夹芯板的综合抗爆性能和可靠性。     

加筋增强泡沫夹芯结构面内压缩与界面断裂性能试验

为解决复合材料泡沫夹芯结构面板局部屈曲与面芯脱粘的突出问题,提出了一种由筋条增强的玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）面板与泡沫芯层组合而成的新型夹芯结构。采用真空辅助树脂导入技术制备试验件,通过面内压缩与双悬臂梁试验,对比分析了加筋增强夹芯板与未加筋夹芯板的受力特性、失效模式和面芯粘结性能。面内压缩试验显示,与未加筋夹芯板相比,加筋增强夹芯板的失效模式由面板局部屈曲转化为面板压缩剪切破坏或整体屈曲,在GFRP材料使用量相同的情况下,试件长度为130 mm的加筋增强夹芯板平均失效荷载提高了40.87%,长度为190 mm试件提高了35.63%。双悬臂梁试验显示,加筋增强夹芯板的裂缝在发展过程中受到筋条与面板之间纤维丝搭接约束,改善了界面粘结性能,与未加筋夹芯板相比,其平均能量释放率提高了57.35%。     

复合材料泡沫夹芯板局部连接拉脱破坏试验与数值仿真

对复合材料泡沫夹芯板局部连接拉脱破坏进行了试验研究,分析了接头的破坏模式、失效载荷和面板对接头的影响。采用ABAQUS有限元软件进行了数值分析,通过与实验结果对比验证其模型的可靠性,预测分析内部的破坏模式以及结构参数对接头破坏的影响,研究了泡沫芯体内部的渐进破坏以及面板和泡沫芯体之间的胶层脱粘破坏。结果表明:泡沫夹芯板预埋螺栓连接结构灌封胶边缘的泡沫先产生裂纹后向中间扩展,中间区域全部开裂时两端裂纹沿着45°方向向上扩展。胶层开裂的区域呈弧形条状,分布在螺栓紧固件的两侧,在面板宽度方向,开裂的区域贯穿两侧。随着预埋件深度的增加最大破坏载荷也在增加,随着预埋件直径的增加亚临界破坏载荷和最大破坏载荷没有比较明显的变化,但最大破坏位移在减小。      

面内压缩超轻质点阵夹芯板的优化、 试验与仿真

为揭示点阵材料在航空航天工程中的应用潜力,对承受面内压缩载荷点阵夹芯板的力学行为进行了研究。基于夹芯板整体欧拉失稳、剪切失稳、格间局部失稳、跨格局部失稳和应力破坏多种理论失效模式,引入面板厚度、厚度方向的点阵层数、点阵杆件长度、截面尺寸、倾斜度、胞元长细比等优化变量,推导了点阵夹芯板的最小质量优化设计方法。同时利用激光选取熔融（SLM）增材制造工艺生产了点阵夹芯板试验件。随后,采用有限元方法对试验结果进行了仿真分析,两者误差在10%以内,证实了数值方法的准确性。最终对初始设计和优化设计方案进行了数值分析,发现优化方案在保持相同承载力的条件下,实现结构减重16.6%,验证了优化设计方法的有效性。同时,试验与仿真的一致性有力地证明了增材制造工艺在点阵夹芯结构制造方面的可行性。      

泡沫铝夹芯结构对中低速FSP的抗侵彻特性研究

为研究泡沫铝夹芯结构的不同组合形式在中低速FSP侵彻下的抗弹性能及破坏机理,开展了系列弹道试验,分析了夹芯结构的破坏模式,得到了前后面板厚度大小、后面板分层对夹芯结构抗弹性能的影响。研究结果表明:在中低速FSP侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切破坏,其背弹面发生明显的撕裂破坏;前面板发生绝热剪切破坏,弹孔周围产生明显的碟形弯曲变形;后面板发生塑性变形和拉伸破坏,后面板较薄时,还相应出现花瓣开裂现象。在总面密度相同的情形下,夹芯结构的后面板越厚,整体单位面密度吸能越高,抗弹性能越好;将后面板分层后,整体抗弹性能较不分层有所提高。     

碳纤维复合材料-泡沫铝夹芯板的冲击响应

采用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了T700碳纤维复合材料面层-泡沫铝芯体的夹芯结构动力响应。利用激光测速装置、高速摄像仪和位移传感器记录了泡沫子弹的撞击速度、子弹撞击夹芯板全过程和夹芯板后面板中心点的位移时程曲线。研究了加载冲量和芯层相对密度对夹芯板冲击响应的影响,得到了碳纤维复合材料-泡沫铝夹芯板的变形与失效模式。同时,采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,研究了复合材料面板铺层方式、面层厚度、芯层厚度和相对密度以及泡沫铝子弹的长度、速度和相对密度等参数对夹芯板冲击响应的影响。     

等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板的面外压缩性能EI北大核心CSCD

利用材料试验机对玻璃钢(FRP)夹芯板面外压缩性能进行实验测试与模拟研究。结果表明:夹芯板面外压缩变形可分为弹性变形与断裂两个阶段。蜂窝芯中part 2胞壁厚度t1与part 2高度h比值t1/h较大时,夹芯板以屈服方式变形;t1/h较小时,夹芯板以屈曲方式变形。蜂窝芯中part 2为夹芯板主要承载构件,蜂窝芯中part 1与part 3对part 2起到固支作用,面板对蜂窝芯起到固支作用。蜂窝芯中part 2胞壁厚度为夹芯板面外压缩抗压强度影响的主要因素,蜂窝芯胞壁边长影响次之,而蜂窝芯中part 1,part 3与面板厚度的影响较小。夹芯板总高度一定时,随着蜂窝芯层数增加,夹芯板抗压强度逐渐增大。     

复合材料层合夹芯板局部变形行为研究

在局部荷载作用下,带软夹芯层的夹芯板结构将产生一定的局部变形现象。本文采用双参数基础模型模拟软夹芯材料与受载层合面板间的相互作用,基于经典层合板理论,推导并给出了夹芯板结构局部变形问题的半解析分析方法,并通过算例讨论了边界条件、荷载作用方式、夹芯层厚度与弹性模量等因素对该类结构局部弯曲和局部屈曲行为的影响。     

Kevlar短纤维增韧碳纤维/铝蜂窝夹芯板三点弯曲与面内压缩性能

介绍了碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的Kevlar短纤维界面增韧方法。通过三点弯曲实验和面内压缩实验,对比增韧试件与未增韧试件的载荷位移曲线、破坏模式等特征,发现未增韧试件往往先发生界面分层破坏,继而面板和芯体分别发生局部破坏;而增韧试件通常发生整体破坏。实验数据显示,Kevlar短纤维界面增韧可以使碳纤维/铝蜂窝夹芯板的抗弯强度、压缩强度、能量吸收等力学性能分别至少提高14.06%、55.80%和61.53%。对破坏后界面的SEM观测发现:增韧试件并未发生界面脱粘,而是由于芯体撕裂造成面/芯剥离,揭示了Kevlar短纤维的界面增韧机制。对具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元建模,并分别对其在三点弯曲和面内压缩载荷下的力学行为进行数值分析,以指导该类夹芯结构的分析与设计。     

六边形蜂窝芯异面类静态压缩力学行为的仿真分析

目的研究六边形蜂窝芯材异面类静态压缩载荷的数值模拟方法及相关力学行为。方法基于蜂窝单元阵列的方法,构筑了单双壁厚六边形蜂窝芯材异面类静态压缩有限元数值计算模型和分析方法。结果借助于该模拟方法,分析计算了不同结构参数条件下单双壁厚六边形蜂窝芯材的异面变形模式、变形曲线和类静态峰应力值,并绘制了相应的图、压缩力位移曲线和数据表格。结论将计算结果与现有的实验和理论计算结果作对比分析可知,计算结果与已有结果吻合较好,证明了所提出的有限元分析方法的可靠性。     

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。      

双向梯形夹芯板柱面弯曲成形回弹分析

整体弯曲成形是制造曲面夹芯板高效且经济的方法,其成形特点与回弹预测是重点研究方向。采用结合有限元的半解析法对双向梯形夹芯的力学参数进行推导,获得夹芯等效弹性常数,分析上、下面板不等厚夹芯板柱面弯曲成形时面板与夹芯的变形特点及应力中性层的变化,在此基础上建立夹芯板平面应变弯曲回弹理论计算模型,预测夹芯板弯曲成形的应力分布与回弹,并与数值模拟及多点弯曲成形实验结果进行对比。结果表明:夹芯板回弹量与中厚板十分接近,回弹量较小,易于控制成形精度;理论预测的横截面切向应力与回弹都偏大,其中上面板应力相对误差在2.9%以内,下面板应力相对误差在6.5%以内,下面板纵向中心截面线误差在1.0mm范围内,各项误差均在很小范围内,验证了本工作回弹计算模型的准确性。     

含面芯界面缺陷的蜂窝夹芯板侧向压缩破坏模式

为了对含面芯层间脱胶缺陷的蜂窝夹芯板在侧向压缩载荷作用下的典型破坏模式进行数值预报, 建立了基于蔡-希尔破坏准则和粘结模型的计算模型。该计算模型是建立在对蜂窝夹芯板的双悬臂梁(DCB)和单臂梁(SLB) 试验中所发现的一种新的破坏模式的分析基础之上的。对蜂窝夹芯板的侧向压缩破坏行为的数值预报中, 发现一种新的破坏模式: 位于脱胶区域的面板首先发生局部屈曲失稳, 随后面板内部靠近芯子的45°/0°层间出现分层, 与此同时最靠近芯子的45°铺层发生断裂, 伴随着45°/0°层间分层的扩展, 面板发展成为对称性整体屈曲失稳。与侧向压缩试验测试结果对比发现, 计算模型模拟中所预报的破坏模式在实验测试中也得到了很好的验证。