铝合金蜂窝结构轴向压缩吸能特性

基于轴向平压试验,对不同边长的蜂窝铝吸能特性展开评估,并利用ABAQUS/Explicit软件进行平压试验仿真,仿真结果和试验基本吻合,同时获取了蜂窝铝结构的仿真参数。通过该仿真模型研究了壁厚对蜂窝铝吸能特性的影响,并引入了参数质量比吸能增率,表征质量增率与吸能增率的关系。结果表明,在吸能体积一定的情况下,边长减小或壁厚增加时,吸能增率为质量增率的两倍。     

新型负刚度超材料吸能结构的设计与优化

为了提高负刚度超材料的吸能特性,提出了一种加固圆柱形负刚度超材料结构;它由圆柱面斜梁单元和内部周期性平面斜梁单元组成,其吸能性能主要通过斜梁单元的负刚度特性实现。通过理论解析和有限元分析对结构的力学性能进行研究,结果表明斜梁单元高厚比值越大结构的负刚度和双稳态性能越明显且两种斜梁单元的高厚比取值越接近结构稳定性越好;同时通过与空心圆柱形负刚度超材料结构的对比,证实了加固结构提高了空间利用率以及增强了吸能效果。最后以航天器非火工分离装置为应用背景,基于Kriging代理模型对所提出的新型负刚度超材料吸能结构进行了优化设计,总吸能水平和单位吸能水平均相对增长了20.47%。     

汽车碰撞事故缓冲吸能装置设计

本文在系统地研究了国内外汽车碰撞缓冲吸能方法的基础上,通过在车辆纵梁和前保险杠之间安装一套可伸缩的缓冲吸能装置,以实现在碰撞前将设计安装在原吸能梁中的辅助吸能梁及保险杠的中段伸出车外并将其限位,使其参与碰撞吸能,达到增加吸能空间,延长碰撞时间历程的效果。该装置具有结构简单紧凑、成本低廉、可靠性强等优点,具有重要的研究意义和实用价值。     

关于汽车吸能转向管柱的应用

随着汽车工业飞速发展,汽车安全已经成为人们关注的热点和急需解决的问题,位于汽车前部的转向管柱及转向轴在碰撞力的作用下要向后即驾驶员胸部方向运动,驾驶员受惯性的影响有冲向方向盘的运动。能量一部分由约束装置加以吸收,另一部分传递给方向盘和转向管柱,良好的汽车转向系统应能够保证驾驶员在汽车发生碰撞时受到的伤害最小,汽车吸能转向管柱的应用在汽车转向系统吸能方面起到较大作用,本文通过介绍吸能管柱的结构及原理,阐述了吸能转向柱在碰撞过程中的作用,论证了这种结构缩短了汽车正面碰撞时方向盘后移尺寸,降低了驾乘人员受二次伤害的程度,提高了汽车的被动安全性能。     

一种薄壁吸能结构的设计优化

研究了一种薄壁结构在耐撞指标下的轴向冲击吸能特性。采用非线性有限元软件ABAQUS对结构的冲击过程进行仿真,并结合径向基函数法(RBF),根据耐撞性指标优化了这种吸能结构的截面,得到了较为理想的结构形式。数值结果表明采用该方法可以精确地确定优化参数,使结构比吸能(Es)得到明显提高。     

六边形管作为抗爆、吸能材料的优势分析

本文对比圆管的承载特点,探讨了六边形管的承载优势,为管材作为抗爆结构填充材料这一应用,寻求更优化的结构形式。     

基于泡沫铝“三明治”结构的吸能装置设计与吸能仿真分析

研究泡沫铝“三明治”结构应用于大冲击能量吸能装置的设计,给出了泡沫铝材料用于吸能装置的设计方法与步骤,设计出可吸收2.232 MJ能量的新型斜井跑车防护装置.利用LS/DYNA进行该装置的碰撞仿真分析,发现泡沫铝在高速冲击中逐层压溃,具有很好的缓冲吸能效果;在冲击过程中,瞬时吸能速率随着泡沫铝变形的加剧和结构强度的提高而增大,冲击中泡沫铝“三明治”结构出现粘结失效.     

冲击载荷下箭头型负泊松比蜂窝结构动态吸能性能研究

以箭头型负泊松比蜂窝结构为研究对象,在已有的冲击载荷下蜂窝结构平台应力理论模型的基础上,着重考虑平台区和平台应力增强区,建立了其受冲击载荷时吸收能量的理论模型,得到了其在冲击载荷下不同阶段吸收能量及对应等效应力大小与几何参数的关系.基于ANSYS仿真软件模拟了在冲击载荷作用下,箭头型负泊松比蜂窝结构的吸能和应力情况,对...     

薄壁圆锥管轴向压缩吸能特性研究

研究薄壁圆锥管轴向压缩吸能特性有助于其合理广泛应用于抗冲击、抗振动结构中。轴向倾角是使得圆锥管轴向压缩性能有别于直管的主要因素。当轴向倾角小于临界角度时,圆锥管平均轴向压缩力随倾角增加而变大但最大初始轴力会线性减小;吸能稳定因子随倾角增加而提高,但是比吸能却相应非线性降低。圆锥管在轴向压缩时过程中存在三种典型变形模式,分别为“钻石-堆叠”模式,“钻石-嵌套”模式及“环形-嵌套”模式,通过对“环形-嵌套”模式变形过程的观测及变形机理分析,建立了相应的理论模型,基于该理论模型给出了圆锥管“环形-嵌套”模式变形时吸能特性的预测方法。     

腿式着陆器用不同拓扑结构金属蜂窝吸能特性优化设计

作为一种多孔固体材料的,由于其结构和功能的特殊性,金属蜂窝在缓冲吸能领域应用广泛。为了得到不同拓扑结构下金属蜂窝的异面压缩特性及缓冲特性,为其用于缓冲吸能领域提供依据,本文应用数值仿真软件Patran/DYNA对5种不同拓扑结构的金属蜂窝进行了压缩仿真。由于蜂窝结构的多样性,基于PCL语言编写金属蜂窝参数化有限元分析程序,实现有限元模型自动建立。采用全因素实验设计法对仿真点进行了规划,基于仿真结果,使用响应面方法建立了金属蜂窝吸能特性的近似函数模型,并分析模型精度。以金属蜂窝比吸能为优化目标,蜂窝主要结构参数为设计变量,针对腿式着陆器用金属蜂窝缓冲结构进行了优化设计, 结果表明正六边形金属蜂窝在五种蜂窝结构中吸能效果最优。     

泡沫和橡胶组合层状结构静态吸能性能研究

目的 提出一种新型的泡沫和橡胶组合层状吸能结构,通过仿真对比分析该结构静态压缩特性和缓冲性能。方法 采用发泡聚苯乙烯(EPS)、三元乙丙橡胶(EPDM)2种材料,以3种不同厚度比(1∶3、1∶1、3∶1)、2种叠置顺序进行组合构建层状结构,应用LS–DYNA进行组合层状结构静态压缩变形特性、吸能特性分析,并与2种材料单独压缩时的特性作了对比。结果 2种材料相互组合的层状结构静态压缩力学特性、吸能能力与叠置顺序无关,与2种材料的厚度比有关。组合层状结构的承载能力、总吸能和平台应力均优于单一EPS的;组合层状的比吸能优于单一EPDM的,比单一EPS的差,是单一EPS比吸能的1/60~1/20。能量吸收率在不同应力水平存在差异,调整EPS或EPDM子层厚度占比可提高组合层状结构的缓冲效率。结论 EPS和EPDM 2种材料相互组合的层状结构具有较大的结构承载能力和吸能优势,可为抗冲击的缓冲系统设计提供新思路和参考价值。     

高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载的理论研究

运用一维平面波理论,研究大型高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载,得到了初始冲击荷载的理论公式。与有限元计算结果进行比较,证明了理论公式的正确性。运用理论计算公式分析了破片参数对冲击荷载的影响,结果表明：破片速度与冲击荷载峰值成正比,速度越快,峰值越大;速度越慢,峰值越小。而破片速度对冲击荷载的衰减没有影响,即不同速度的破片在水中引起的冲击荷载具有相同的衰减规律。不同厚度破片引起的冲击荷载的具有相同的峰值,但有不同的作用时间。破片的越厚,荷载作用时间越长;破片越薄,荷载作用时间越短。最后基于理论分析确定了几何衰减的函数形式,采用数值试验数据进行回归分析,得到了冲击波的几何衰减系数。     

纸夹芯和泡沫复合层状结构的静态缓冲吸能特性研究

针对由发泡聚乙烯（EPE）、瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合层状结构的包装防护作用,通过实验对比分析了这类结构的横向静态压缩变形特征和缓冲吸能特性。结果表明,这类结构在压缩初始阶段和最后阶段主要表现为EPE的力学性能,而在中间阶段为瓦楞纸板、蜂窝纸板的力学性能。复合层状结构的弹性模量、总吸能、行程利用率均高于EPE,而单位体积变形能则由于试样厚度增加幅值不同,并未表现出与总吸能一致的变化规律。比吸能随着压缩应变增大而增加,几乎不受压缩速度的影响,其中EPE与蜂窝纸板复合层状结构的比吸能均大于EPE与瓦楞纸板复合结构。在应力水平较小时,EPE与瓦楞纸板复合层状结构的能量吸收效率大,然而在应力水平较大时,EPE与蜂窝纸板复合的能量吸收效率大。     

复合材料结构-功能一体化技术与吸能结构的研究

复合材料的结构一体化技术包括结构整体化和结构-功能一体化两个方面.复合材料吸能结构属于典型的结构-功能一体化结构.以复合材料管形件为基础,发现提高管形件轴向性能如增加编织结构的轴向纤维纱数,或调整预浸料复合材料铺层尽可能地平行于轴向,或提高复合材料层间韧性(即高CAI值)等,都有利于提高吸能效果.在整体化制造方面,研制和验证了织物复合材料正弦波梁的液态成型制造技术.     

两种二级铝蜂窝结构缓冲吸能特性研究

该文对二级串联式铝蜂窝结构和二级组合式铝蜂窝结构的缓冲吸能特性进行比较,从而实现对铝蜂窝缓冲吸能结构装置优化设计。通过准静态异面压缩实验,对两种不同正六边形胞元的铝蜂窝进行测试,分别得到这两种二级铝蜂窝结构的压缩变形过程和应力响应曲线,并对其变形机理进行分析。实验结果表明,二级串联式铝蜂窝和二级组合式铝蜂窝均能实现梯度平台应力响应,这有利于二级缓冲吸能结构的工程应用。此外,对于单轴压缩,二级组合式铝蜂窝的嵌入过程只有一个应力峰值并且其能达到更高的压实程度,但是峰值应力值较大,有待进一步优化。在吸能特性方面,与同一尺寸的二级串联式铝蜂窝缓冲器相比,组合式铝蜂窝缓冲结构的单位体积吸能效果稍强,尤其是单位质量吸能效果更好,可为缓冲吸能结构的优化设计提供新的选择方式。     

具有诱导结构的铝合金薄壁方管轴向压缩吸能性能试验研究

该文提出了三种新型的诱导结构设计方案来降低薄壁方管结构在轴向载荷作用下的初始屈曲载荷峰值。诱导结构设计在方管的加载端,在压缩开始的时候起作用,并且不会显著影响结构在正常工作时的强度和刚度。利用AA 6063 T6 铝合金薄壁方管进行了一系列准静态和动态试验来研究了具有诱导结构的方管在轴向压缩时的能量吸收性能,给出了完整薄壁铝方管和具有诱导结构的薄壁铝方管的载荷位移曲线,并进行了比较。实验发现,三种诱导结构均可有效降低屈曲时的初始载荷峰值、提高方管承载吸能平稳性。     

水下结构去耦覆盖层的动力吸振器效应研究

去耦覆盖层的低频减振降噪是水下结构声辐射的一个难点问题。采用模态分解法和粘弹性阻尼流体传递矩阵模型,建立了敷设去耦覆盖层的四端简支撑矩形板水下振动和声辐射模型。分析了去耦覆盖层的减振降噪特性,研究了去耦覆盖层的物理参数(如杨氏模量、损耗因子、密度等)对板的均方振速和辐射声功率的影响规律。研究结果表明:对于板的单个振动模态,板-去耦覆盖层-流体系统可看作是一个两自由度系统,它具有两个共振频率和一个反共振频率,去耦覆盖层会引入类似动力吸振器的效应;针对具体结构,通过合理调整去耦覆盖层的参数,能够充分利用动力吸振器效应,有效降低水下结构低频振动与声辐射。     

磁流变液的汽车碰撞缓冲吸能装置设计

为了解决目前汽车保险杠刚度不可控、对不同碰撞环境适应性差的问题,针对磁流变液流变特性可控且吸能量大的特点,设计出阻尼力可控的保险杠缓冲吸能装置。以最大阻尼力和动态范围为优化目标,采用Matlab遗传算法对结构参数进行优化。分别建立装有传统吸能式保险杠和装有磁流变液缓冲吸能装置的整车碰撞模型,进行碰撞仿真实验。仿真结果表明:装有磁流变液缓冲吸能装置的汽车整车变形和最大碰撞力明显减小,可以有效减小对人员的伤害,提高汽车的被动安全性。     

直纹管外翻式构件设计与吸能特性研究

为提高防冲支架液压立柱的抗冲击性能,设计了一种能够与液压立柱结合使用的直纹管外翻式吸能构件,给出了评价吸能构件吸能特性的指标。采用能量法对直纹管外翻变形的阻力进行了理论推导,得到直纹管稳定翻管变形阻力计算公式。采用数值仿真方法对吸能构件的翻管变化过程、全程阻力变化趋势及能量吸收情况进行了研究,结果表明:翻管变形过程、阻力变化趋势与能量吸收情况相对应,稳定翻管变形时阻力恒定不变,能量线性增加。针对直纹管吸能构件进入稳定翻管变形阶段需要一定压缩距离的问题,提出了改进方法,改进后的吸能构件具有恒阻特性,推导的理论计算公式与仿真得到的稳定翻管变形阻力较好吻合,改变壁厚是得到所需变形阻力的一种有效办法。直纹管外翻式吸能构件具有稳定可重复的翻管变形模式,是较为理想的吸能构件。根据仿真结果对理论公式进行了误差分析与修正,修正后的理论公式对直纹管外翻式吸能构件设计具有指导意义。     

岩土锚固吸能锚杆支护材料/结构及其力学性能研究进展

吸能锚杆自20世纪90年代问世以来,有效解决了岩土层的大变形和瞬时高动载荷问题,在深部软岩工程领域中发挥着重要作用。吸能锚杆的传统支护材料一般主要包括杆体、托板、螺母和锚固剂,其中杆体材料一般为圆钢和螺纹钢,在静载和动载条件下表现出了优良的材料性能;树脂锚固剂是最主要的锚固剂之一,分为慢、中、快和超快四种型号,澳大利亚与中国均成功研制了双速树脂锚固剂。目前,已有几十种吸能锚杆被研制出来,例如锥形锚杆、D形锚杆、Garford锚杆、Yield-Lok锚杆、Roofex锚杆等,这些锚杆可分为杆体可延伸型和构件可滑移型两类。例如,锥形锚杆主要依靠杆体上的锥形体在锚固剂中的滑移来吸收和转移围岩膨胀变形能; D形锚杆主要依靠杆体上桨状或波纹状的锚固单元屈服变形来吸收和转移围岩膨胀变形能; Garford锚杆和Roofex锚杆均依靠拉力载荷迫使锚杆杆体从滑移元件(套筒状,要求内径小于锚杆直径)中被挤压出,从而吸收和转移围岩膨胀变形能。对于上述吸能锚杆,其所受拉力载荷(工作阻力)随位移而变化,延伸率有限,当围岩膨胀变形能足够大时,锚杆支护系统易被冲击破坏,难以满足大变形控制要求。鉴于此,何满朝院士首次在岩土锚固领域中提出了负泊松比(NPR)材料/结构的概念,并成功研发了具有独特负泊松比效应的吸能型NPR锚杆。NPR锚杆在抗剪、抗动载荷和吸能方面比传统材料锚杆更具优势,有利于岩土锚固领域向更深部的软岩支护方向发展。随着采掘深度的不断加大,软岩体所表现出的非线性物理力学现象也更加复杂,吸能锚杆仍需在新材料和新结构、与围岩间的协调工作机制、多场耦合下的锚固机理、杆体腐蚀问题及信息智能化设计方法与工艺方面继续开展深入研究。本文分别对传统支护材料和负泊松比材料/结构吸能锚杆的材料性能、结构形式、工作原理及力学特性等进行介绍,分析了吸能锚杆面临的科学问题,并展望了其研究前景。