蛋盒型结构参数对压缩特性影响规律研究

运用有限元和实验的方法分析了蛋盒型结构的压缩特性,研究了结构参数对压缩特性的影响规律。首先对蛋盒型结构的压缩过程进行了实验,得到压缩过程压下力与压下位移之间的关系。随后运用有限元方法对蛋盒型结构的压缩特性进行了计算,对比了有限元与实验结果并分析了蛋盒型结构的压缩特性。最后运用有限元方法讨论了结构参数变化对压缩特性的影响规律。分析结果表明:蛋盒型结构压缩过程中的压下力呈现先上升后下降的现象;成形过程中的残余应力与加工硬化显著提升蛋盒型结构的承载能力;蛋盒型结构基础板材的厚度越大或周期间距越小或成形高度越大时,蛋盒型结构呈现出更强的承载能力。     

蛋盒型结构成形过程数值模拟研究

蛋盒型结构是一种轻质、高强、具有吸能特性的新型结构,其成形过程和最终成形形貌对性能有很大影响。首先描述了蛋盒型结构的成形过程及受力情况;随后运用Abaqus/Explicit软件对典型蛋盒型结构的成形过程进行了模拟,得到了成形极限高度时的形貌、减薄率、成形力等;最后分别分析了凸模结构参数、摩擦系数对蛋壳型结构成形结果的影响规律。研究表明:凸模半径的增加会增大成形力及成形极限高度,摩擦系数的作用会使最大减薄位置由凸模顶点位置向外移动;当选用凸模半径为周期间距的1/5时,摩擦系数在0.1~0.15之间时成形效率较高。     

多层泡沫铝夹芯结构准静态力学性能和吸能特性研究

采用闭孔泡沫铝和铝合金板制备单层夹芯板和六种多层夹芯结构。通过分析胞孔变形模式和宏观变形模式,研究了夹层板和芯层数量对结构准静态压缩力学性能和吸能特性的影响机制。结果表明：夹层板通过调节芯层间应力状态使芯层逐层坍塌,减少了由倾斜变形带的形成和延伸所导致的多芯层同步变形、横向滑动以及两侧滑移,使结构具有更高的坍塌应力、平台应力、单位体积吸能量以及更小的致密应变；芯层数量的增加导致无夹层板结构中变形带的长度和数量增加,从而改变了其宏观变形模式,致使结构两侧滑移现象加剧,同时积累了有夹层板结构中多个芯层中的胞孔缺陷,因此影响了逐层稳定变形,导致致密应变增大,坍塌应力、平台应力和单位体积吸能量减小,致密应变处的吸能效率降低。与其他结构相比,三层泡沫铝夹层板具有最佳的抗压强度和吸能性能。     

单胞构型和结构参数对SLM成形梯度点阵结构压缩性能的影响

梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。因此本研究通过选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形了两种梯度差的AlSi10Mg变杆径梯度体心立方(Body-centered cubic, BCC)和金刚石(Diamond, Diam)结构,以研究梯度差对压缩性能的影响,并对两种单胞构型进行对比。准静态单轴压缩实验和有限元分析(Finite element analysis, FEA)的结果表明,在同相对密度下,当单胞构型相同时,随着梯度差的增加单位体积吸能量明显增加。而梯度差相同时,Diam梯度点阵结构的压缩模量、屈服强度、抗压强度和最大峰值应力均高于BCC,同时其单位体积吸能量和吸能效率也高于BCC。     

液压成形汽车吸能盒研制关键技术

汽车前保险杠吸能盒是重要的缓冲吸能结构,在整车发生正面碰撞时通过塑性变形吸收碰撞产生的能量。基于液压成形管件重量轻、刚度和强度高、耐撞性能好等优点,设计液压成形吸能盒替代原始冲压焊接结构。采用数值模拟方法分析吸能盒设计中关键吸能特性指标,如最大压垮载荷、总吸能、平均压垮载荷和比吸能等,对比原始冲压吸能盒和改型液压成形吸能盒在缓冲吸能方面的能力,并通过落锤冲击试验验证。成功研制出质量轻、耐撞性好的液压成形吸能盒。     

胞状AlCu5Mn合金泡沫的压缩性能和能量吸收特性

用熔体发泡法制备孔隙率为51.5%～90.5%、孔结构均匀的胞状铝合金(AlCu5Mn),研究其孔结构、压缩性能、能量吸收能力、能量吸收效率和吸能性能.结果表明:胞状铝合金孔结构由高孔隙率(88.8%)时的大孔径、多边形孔向低孔隙率(62.5%)时的小孔径、球形孔孔结构过渡,其压缩应力(σ)-应变(ε)曲线具有线性变形阶段、屈服平台阶段和致密化阶段三个部分,由线性变形阶段进入屈服平台阶段所对应的ε_s值介于2%～9%之间;屈服强度σ_s~*随着孔隙率的增大而下降,在孔隙率相同的条件下,胞状铝合金的力学性能优于胞状铝和多孔铝合金,其比刚度高于钢;当应变为定值时,胞状铝合金单位体积和单位质量的压缩吸能能力(C和C_m)都随着孔隙率的升高而降低,但是孔隙率在73.5%～82.1%范围内时,其C_m与ε的关系几乎不随孔隙率的改变而改变;对于孔隙率为51.5%～90.5%的胞状铝合金,它们的吸能效率的峰值都大于80%.胞状铝合金的C-σ和C_m-σ关系可以表征其吸能性能,从而可以根据实际工况选择作为减振吸能材料的胞状铝合金的最佳孔结构.     

T6热处理工艺对泡沫铝夹芯板压缩性能的影响

已经制备成型的泡沫铝夹芯板无法通过改变界面结合方式、芯层宏观结构等方法来优化性能，可通过热处理来改变泡沫铝芯层的微观结构，从而改善夹芯板的力学性能。本研究采用L₉(3⁴)正交试验探究T6热处理的固溶时间、固溶温度、时效温度、时效时间对泡沫铝夹芯板压缩性能的影响。试验结果表明，固溶温度大于510℃,固溶时间为4 h时会显著改变芯层泡壁的微观结构。最佳的热处理工艺是510℃固溶处理4 h, 165℃时效处理8 h,可使夹芯板坍塌强度提高27%,吸能效率提高22%。本研究的结论可供工业化生产借鉴。     

基于真实结构的多孔铝缓冲吸能研究

基于真实结构的多孔铝材料，提出了随机胞孔投放算法与材料属性识别算法，并根据结构特点建立了具有随机胞孔大小、随机胞孔分布及随机壁厚的数值计算模型。利用现有实验数据对数值计算模型进行了准静态压缩及动态压缩验证，然后分析了冲击速度、胞孔随机分布、均匀壁厚和随机壁厚对闭孔多孔铝材料缓冲吸能的影响。结果表明，所建立三维细观模型在准静态及动态压缩下的结果与实验数据趋势一致，在准静态下空气对闭孔多孔铝的力学性能影响可忽略。闭孔多孔铝的缓冲吸能能力受冲击速度和壁厚的影响较明显，受胞孔随机分布的影响很小。     

基于落锤压溃试验高强钢材料吸能特性分析

选取双相高强钢DP590D+Z、DP780D+Z、DP980D+Z作为研究对象,基于高速拉伸试验对3种高强钢材料的动态力学性能进行对比分析,获取应变速率变化对材料力学性能的影响;基于高强钢材料薄壁梁结构落锤压溃试验,对材料的吸能特性进行分析,对比同一种材料不同冲击速度的吸能特性以及不同材料相同冲击工况的吸能特性。结果可知:随着材料强度增加,力学性能对应变速率敏感性降低,能量吸收对应变速率敏感性降低;当压溃试样的吸能比高于0. 95时,试样变形模式表现为压溃褶皱变形,此时试验准确反应材料的吸能特性;相同冲击条件下,材料强度增加,材料吸能比和比吸能均有所下降,平均载荷较大,极限载荷较小,载荷比较大,表明材料的承载力波动较小,表现出更好的承载特性;材料帽形梁结构的力学和吸能特性变化规律与原材料一致,可以作为车身设计选材的参考依据。     

多孔钛合金拓扑优化设计及性能研究

为了得到良好力学性能和高渗透性的钛合金多孔结构,需要在多孔结构的孔隙率与其强度之间保持权衡。以人体膝关节胫骨假体为研究对象,首先,根据胫骨受力状态,采用拓扑优化设计并重构不同载荷工况下的抗压、抗剪单胞结构(TO-P1、TO-P2、TO-S1、TO-S2),与几种常见的基本单胞结构(BCC、FCC、RDC、DCC)进行研究比较;其次,通过对不同类型多孔钛合金进行压缩、剪切性能仿真,研究不同拓扑形态的多孔钛合金关于抗压、抗剪的力学性能,并采用SLM技术成型多孔钛合金压缩试件,验证了仿真分析的有效性;最后,选择力学性能较优的4种多孔钛合金进行渗透性分析。结果表明,TO-S2结构的抗压、抗剪力学性能和渗透性能最为出色,适合作为压剪载荷类植入物的多孔结构。     

泡沫铝填充波纹夹芯板面外压缩的三维效应

研究了闭孔泡沫铝板、3种空心波纹铝板和3种用环氧树脂粘接而成的闭孔泡沫铝填充波纹铝板的平面外压缩性能.泡沫填充波纹铝板不仅能显著提高抗压强度和吸能能力,而且力学性能更加稳定.泡沫填充波纹板具有明显的三维压缩效果.铝合金板材强度越小,三维延伸变形越明显.由3种不同强度的铝合金板制成的泡沫铝填充波纹板具有相似的力学性能.成...     

Formability of AA5052/polyethylene/AA5052 sandwich sheets

The formability of AA5052/polyethylene/AA5052 sandwich sheets was experimentally studied. Three kinds of AA5052/polyethylene/AA5052 sandwich specimens with different thicknesses of core materials were prepared by the hot pressing adhesive method. Then, the uniaxial tensile tests were conducted to investigate the mechanical properties of AA5052/polyethylene/ AA5052 sandwich sheets, and the stretching tests were carried out to investigate the influences of polymer core thickness on the limit dome height of the sandwich sheet. The forming limit curves for three kinds of sandwich sheets were obtained. The experimental results show that the forming limit of the AA5052/polyethylene/AA5052 sandwich sheet is higher than that of the monolithic AA5052 sheet, and it increases with increasing the thickness of polyethylene core.     

选区激光熔化成形316L不锈钢多孔结构及力学性能

基于选区激光熔化技术(SLM),制备了BCC、FCC、FCCZ 3种不同拓扑单元的316L不锈钢多孔结构,验证了该技术成形复杂多孔结构件的可行性。对试样进行了准静态压缩试验,得到了多孔结构在压缩过程中的变形模式和力学响应曲线,对比分析了3种结构试样的力学性能。结果表明,FCCZ型多孔结构的抗压性能和能量吸收特性均优于BCC型和FCC型结构;利用ABAQUS/Explicit软件进行准静态压缩仿真,仿真结果和试验结果基本符合。     

镀锌钢/铝添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊研究

对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行了添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊实验研究,利用体视显微镜、卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制的电子万能试验机等手段研究了钢/铝焊缝的表面成形性、接头各区域的金相组织、界面元素分布、断口形貌、主要物相与接头力学性能。结果表明:添加中间夹层Cu、Pb,焊接接头的平均抗拉强度分别为49.44、73.51 MPa,伸长率分别为1.63%、2.37%,与未添加夹层相比,抗拉强度和伸长率提高,其中Pb提高效果优于Cu;不加夹层,钢/铝试样断口呈明显脆性断裂特征;加入夹层Cu,脆性断裂特征不明显;而加入夹层Pb,试样断口呈韧性断裂特征;添加夹层Pb,钢/铝界面连接处Fe、Al、Zn、Mg、Pb元素变化剧烈,混合区宽度大,新生成Mg2Pb金属间化合物的结构比FeAl金属间化合物稳定,能抑制脆性FeAl金属间化合物生成。这是添加夹层Pb明显改善钢/铝焊接接头力学性能的重要原因。     

红外热像检测技术应用于蜂窝结构复合材料的检测能力评价

通过对人工缺陷样件进行设计和试验,研究了红外热像技术对玻璃纤维蒙皮、纸蜂窝夹层结构件的检测能力。通过试验得出了以下结论：闪光灯激励的红外热像检测技术目前可以检测出玻璃纤维蒙皮内部埋深2mm、直径6mm和直径10mm的分层缺陷。对于玻璃纤维蒙皮厚度为1mm的蜂窝夹芯结构件,应用红外热像检测技术可以检测出蒙皮与蜂窝芯间直径为6mm的脱粘缺陷。对于玻璃纤维蒙皮厚度为2mm的蜂窝夹芯结构件,应用红外热像检fjn4技术可以检测出蒙皮与蜂窝芯间直径为10mm的脱粘缺陷。     

膨胀珍珠岩-泡沫铝复合材料层合管的力学性能研究

采用渗流法制备膨胀珍珠岩一泡沫铝复合材料,以其为芯,钢管为面板制备层合管,研究了静态压缩条件下泡沫铝及其层合金属管的变形行为和能量吸收性能.研究表明:由于泡沫铝的填充,钢管的变形方式发生改变,由不对称屈曲转变为轴对称屈曲;层合管的平台区比原来增高、增长,压缩屈服强度由29.61MPa增高至51.62MPa,其吸能性能也...     

超声振动因子对镁合金单点渐进成形板材性能影响规律研究

研究并掌握施加超声振动后镁合金板材在各成形参数下的成形规律,对解决温渐进成形带来的材料受热不均、随着温度的改变润滑薄膜在局部高温下引起的粘着、模具强度和寿命随温度升高而降低等问题,完善镁合金超声振动单点渐进成形工艺有着重要的理论和实际应用价值。以方锥盒形件为研究对象,以最大剪切应力、减薄率和成形精度为指标,分析不同参数:工具头尺寸、板厚和振幅对镁合金板材超声振动单点渐进成形性能的影响。结果表明:施加超声振动后,最大剪切应力和最大减薄率均有明显的降低,成形精度有明显的提高且在工具头直径D=10 mm,板厚h=1.0～1.3 mm,振幅A/2=0.04 mm,成形性能改善最为明显。     

On the gas pressure forming of aluminium foam sandwich panels: Experiments and numerical simulations

Forming of light-weight highly stiff aluminium foam sandwich (AFS) panels into complex 3D components would mark a development in the manufacturing of these materials. In this work, gas pressure forming of AFS panels is investigated experimentally and using numerical simulations. Deformation behaviour of AFS panels is studied during high-temperature uniaxial tension and compression, and constitutive models are developed and incorporated into FE simulations of the gas pressure forming process. Simulation results and experimental observations show reasonable agreement and demonstrate the possibility of forming AFS panels to significant deformations while maintaining considerable core porosity.     

基于有限元分析的铆螺母铆接厚度影响研究

以某新型奥氏体不锈钢铆螺母为研究对象,基于ABAQUS、SolidWorks软件建立铆螺母铆接过程有限元仿真模型,结合有限元分析与试验研究,探究夹层厚度对铆接镦头形貌、铆螺母拉脱力、铆接连接结构拉伸性能的影响规律,分析夹层厚度对铆螺母铆接变形及铆接结构力学性能的影响机制。有限元仿真结果与试验结果一致,随夹层厚度增加,最大拔出力先增大后减小。研究结果显示：该型号铆螺母在夹层厚度为3.5 mm时,铆接结构轴向拉脱力最大,且整体连接结构拉伸性能最好。