泡沫铝填充金属波纹夹芯梁弯曲破坏模式研究

为了提高金属波纹结构的承载效率,充分发挥泡沫铝在能量吸收方面的优势,本文设计了泡沫铝填充金属波纹三明治夹芯梁。针对波纹结构各向异性的特点,本文对其横向和纵向两个方向在三点弯曲载荷作用下的力学响应及破坏模式进行了试验研究。研究表明,泡沫铝的填充可以有效改变金属波纹夹芯梁的弯曲破坏模式,其弯曲刚度和峰值载荷均得到了大幅提升。和横向弯曲相比,金属波纹夹芯梁在纵向弯曲时具有更强的承载能力,且泡沫铝填充的增强效果更加显著。纵向弯曲时载荷在达到峰值后并不会突然下降而是呈现出很长的平台区,表现出更强的后屈曲承载能力。     

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 通过采用锌基合金,配合机械除膜方法制备了全焊结构通孔泡沫铝夹芯复合板。采用SEM/EDAX分析了焊接区和芯层/面板结合界面结构和化学成分分布,通过准静态三点弯曲试验测试不同芯层厚度的泡沫铝夹芯板的刚度,获得了载荷-位移曲线和失效形貌。研究表明：泡沫铝与面板的结合界面存在钎料过渡区,钎料合金元素呈连续梯度分布状态,三点弯曲过程可分为弹性,塑性和失稳3个阶段,弯曲过程平滑,随着芯层厚度减小,复合板的承载能力显著下降。在弯曲过程中芯层与面板之间未发生分离失效。     

薄壁方管吸能构件准静态条件下轴向压缩及三点弯曲大变形力学性能

针对车用薄壁单帽吸能构件,研究在准静态试验条件下承受轴向压缩及侧向三点弯曲载荷下的吸能特性,利用有限元数值分析方法对单帽结构的整体变形过程进行模拟。结果表明,试件在承受轴向载荷的能力远大于承受纵向载荷的能力时,其轴向载荷的吸能量也大于纵向载荷的吸能量。试件在轴向载荷下为非轴对称叠缩型变形,焊缝起强化作用;在侧向三点弯曲载荷作用下,焊缝几乎不受力。对单帽的变形及失效过程进行分析,其试验结果与数值模拟结果吻合。     

泡沫铝填充方铝管的瞬态动力学分析

泡沫铝填充方铝管在高速冲击载荷作用下,由于应力波的传播和惯性效应等的作用,试件并非处于受力平衡的均匀应力状态,上下底面的受力会有很大的差别.采用LS - DYNA研究泡沫铝填充方铝管和泡沫铝柱在30m/s的匀速冲击载荷作用下的瞬态吸能和上下底面的冲量特性,并与准静态模型做比较.研究发现泡沫铝填充方铝管的吸能较准静态提高20.9％,上底面的冲量比下底面高10.4％,下底面的最大峰值力比准静态时仅升高8.8％.     

面板材料及芯层厚度对泡沫铝夹芯板弯曲性能的影响

采用静态三点弯曲加载方式对粘结法制备的泡沫铝夹芯板的力学性能进行研究,通过实验分析不同面板材料和芯层厚度对夹芯板弯曲性能、能量吸收以及失效模式的影响。结果表明:泡沫铝夹芯板的抗弯极限载荷值及吸能性能由面板材料和芯层厚度共同作用,随着芯层厚度的增加,极限载荷强度有所提高,铝面板泡沫铝夹芯板的极限载荷强度和能量吸收能力的增加远高于钢面板的夹芯板;失效模式主要有压入、芯层剪切和面板屈服。     

凸轮轴三点弯曲断裂载荷与挠度的关系研究

使用WE-500型液压式万能拉伸试验机测定了1AE6半激冷合金铸铁凸轮轴的三点弯曲断裂载荷,研究了其三点弯曲断裂载荷和挠度之间的关系。研究表明:(1)不同炉次的凸轮轴的三点弯曲断裂载荷存在一定的分散性;(2)凸轮轴的三点弯曲断裂载荷与挠度之间存在正相关关系,凸轮轴中含有适量碳化物对其强度和挠度都是有益的。     

准静态和动态加载TA2工业纯钛受迫剪切破坏演化

采用扁平闭合帽形试样,利用材料试验机(MTS)和分离式霍普金森压杆(SHPR)作为加载手段,结合数字图像相关法(DIC)和金相分析,研究准静态和动态加载下帽型试样发生受迫剪切的破坏特征和力学响应。结果表明:准静态加载下失效由塑性损伤累积导致的裂纹形成并扩展引起;动态加载下,失效模式为绝热剪切失效。准静态加载下,剪切变形区始终保持一定宽度;而动态加载下,剪切区宽度逐渐减小,直到高度局部化的绝热剪切带形成,且准静态加载剪切区宽度明显大于动态加载剪切宽度。     

基于J-C模型的TC18钛合金动态本构方程构建

采用电子万能试验机对TC18钛合金进行常温准静态压缩实验,得到该合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18钛合金在温度分别298、523、773、1 023 K,应变率分别为500、1 000、1 500 s-1下进行动态力学性能实验,从而获得TC18钛合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,并利用J-C模型对合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,最终建立该合金在高温下的动态塑性本构方程。通过对模型的计算结果分析表明,该模型可以较好地预测TC18钛合金在高温与冲击载荷共同作用下的塑性流变应力。     

不同应变速率下DP钢变形行为的微观机理研究

利用3 000 kN电子万能试验机和ZWICK HTM5020高速拉伸试验装置研究了双相钢(DP钢)在不同应变速率(10-4~600 s-1)下的拉伸变形行为,并结合XRD分析对双相钢组织中的位错密度进行了计算。结果表明,在准静态拉伸过程中,双相钢组织中的位错密度基本不变,其抗拉强度、断裂延伸率随应变速率变化也不明显;而在动态拉伸条件下,随着应变速率的增加,双相钢组织中的位错密度不断增加,抗拉强度也相应增加,塑性降低,最终导致能量吸收下降。     

6×7-IWRC钢丝绳圈准静态压缩分析

为研究钢丝绳减振装置在压缩状态下的非线性特性,采用显式有限元方法对6×7-IWRC钢丝绳圈的力学性能进行了准静态压缩分析。结果表明,压缩荷载作用下,钢丝绳圈与圆环具有类似的失效模式,钢丝绳截面中Mises应力呈层状分布,且每根钢丝具有单独的弯曲中性层。同向捻钢丝绳圈受压产生大变形时,大部分能量通过塑性变形耗散,摩擦耗能较小。在准静态计算结果的基础上,结合之前学者的研究,提出受压钢丝绳圈载荷-挠度分段计算模型,并通过与有限元计算结果对比,证明提出的分段计算模型可以有效描述钢丝绳圈压缩状态下的载荷-挠度关系。     

泡沫铝层合圆管纵向和横向压缩力学性能研究

用碳化硅颗粒增强泡沫铝为夹芯,不锈钢圆管为面板制备层合圆管,研究了层合圆管在准静态压缩条件下的纵向和横向变形行为和能量吸收性能.研究表明,层合圆管的纵向压缩变形方式与空管相比发生了改变,由不对称变形模式变为轴对称变形模式;载荷-位移曲线平台段锯齿形波动与曲屈圈的形成呈现对应关系;层合圆管纵向和横向的吸能能力均远大于不锈钢圆管和泡沫铝吸收的能量之和,并且随着应变的增加,层合圆管的吸能能力增加更为快速;层合圆管在保持泡沫铝轻质的同时,在纵向和横向两个方向上均大幅度提高泡沫铝的吸能能力.     

高应变率下铸造镁合金AZ91的动态压缩性能及破坏机理

利用INSTRON准静态试验机和分离式Hopkinson压杆系统对铸造镁合金AZ91在不同应变率下进行压缩试验,研究AZ91镁合金在高应变率范围内(应变率6×102～1×104 s-1)的动态力学行为,并利用扫描电镜观察试样在不同应变率下破坏断口微观形貌的变化,探索应变率对破坏机理的影响.结果表明:室温下铸造镁合金AZ91具有明显的应变硬化性质;在准静态压缩过程中材料对应变率负敏感,当应变率达到7×103 s-1时,AZ91镁合金表现出明显的应变率敏感性;在准静态破坏和动态破坏下,材料断口的微观形貌具有很大不同.     

海水短期浸泡对Q235钢抗裂特性的影响

采用三点弯曲加载实验研究海水短期浸泡与载荷联合作用对Q235碳钢抗断裂性能的影响。测试分析在不同情况下该材料的断裂行为和海水浸泡前后最大承载力的变化。结果表明,加载到塑性区的试件在海水中短期浸泡后,再加载的位移载荷曲线的塑性阶段明显变短,断裂韧度降低并且试件变为脆性断裂。     

拉伸载荷下有档链环的损伤行为

为研究有档链环在多种工况下的拉伸行为,采用金属韧性损伤本构方程建立了准静态数值模型,并验证了其可靠性.在此基础上,对不同相邻链环平面夹角及截面尺寸的链环结构进行拉伸,得到载荷、链环冠部变形和能量随位移的变化曲线及链环失效断裂模式,分析了链环平面夹角和截面尺寸对链环准静态拉伸行为的影响.研究结果表明,摩擦耗散能、塑性耗散...     

高温合金蜂窝板弯曲性能

基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立了蜂窝板的三维全尺寸模型,分析了静态加载速度对模型系统计算精度及计算时间的影响,确定了最优加载速度。分析了三点弯曲情况下蜂窝板的破坏特点,讨论了载荷与挠度的变化规律,并与实验结果进行比较。结果表明,最大应力出现在加载中心蜂窝单层壁板交界处,其弯曲强度为179MPa。上面板产生起皱和凹陷,下面板产生断裂破坏,蜂窝芯很少在下面板破裂前出现剪切破坏。并且模拟结果与实验结果较吻合,因此所建立的有限元模型及相关实验结果为金属蜂窝结构件设计提供了一种有效的数值计算方法。     

具有薄外壁的闭孔泡沫铝棒的弯曲行为

通过熔融发泡法制备了具有薄外壁的铝泡沫棒（aluminum foam bar,AFB）。通过悬臂梁弯曲实验和有限元模拟研究了跨度、直径和孔隙率对其弯曲变形行为的影响。采用高速摄像机记录了AFB的弯曲变形行为,并得到了载荷和位移之间的关系。基于三维有限元的X射线微断层扫描技术（Micro-CT）重建AFB,并进行了数值模拟。结果表明,跨度对破坏行为有重要影响,跨度的增加导致了能量吸收能力下降。此外,直径和相对密度的增加也使得峰值载荷提高。有限元模拟结果与实验结果相吻合,这说明孔壁在弯曲过程中由于不同类型的应力而失效。在失效过程中,裂纹遵循孔壁最薄弱的路径传播。     

工艺对二次弯曲件起皱和料厚变化的影响研究

建筑固定扣属于二次弯曲类零件。本文采用塑性有限元对不同工艺方案下的起皱和料厚变化进行了模拟分析，获得了抑制起皱的最佳工艺方案及合理工艺参数。     

不同取向对激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能的影响

采用万能材料试验机系统,对激光快速成形TC4钛合金不同取向圆柱形试样进行准静态压缩试验,使用光学显微镜、扫描电镜、XRD等分析手段,研究不同取向对其力学性能的影响。结果表明:不同取向激光快速成形TC4钛合金由于微观结构的差异,其准静态压缩力学性能也不同,其中,与激光扫描方向成45°角试样显示最高的强度,但塑性最差;而沿沉积方向试样则显示最好的塑性性能,其强度与沿激光扫描方向试样的强度相当。     

弹性垫厚度对AZ31B薄板多点弯曲成形性能的影响

选择室温下塑性较差的AZ31B薄板为研究对象,建立了多点弯曲成形的有限元模型,提出韧性损伤、能量耗散、应力分布和形状误差四项指标,以评价不同弹性垫厚度对多点弯曲成形性能的影响.结果表明:弹性垫的使用,将冲头单元与弹性垫的点-面接触提升为弹性垫与板料间的面-面接触；弹性垫缓冲并较均匀的释放来自压机的冲击性能量;合理厚度的弹性垫能够提高AZ31B薄板的成形性能,使上述四项指标的波动达到最小.     

焊接电流对5052铝合金电阻点焊接头的性能影响

在电极压力、预压时间、通电时间和维持时间等焊接参数不变的条件下,焊接电流在14~23 k A内以1 k A间隔递增,制备10组试件。基于超声扫描无损检测和准静态力学破坏试验,分析各组接头的超声扫描图、拉剪载荷、失效模式、刚度和能量吸收值,研究焊接电流对5052铝合金电阻点焊接头性能的影响。结果表明,电阻点焊可以实现5052铝合金板材的有效连接;焊接电流为22 k A时,接头成形性较好,接头的拉剪载荷、刚度、能量吸收值等性能均较优。