成层式铝蜂窝夹芯结构冲击响应试验研究

以牺牲层设计为背景,提出一种成层式铝蜂窝夹芯结构。通过两种能级的落锤冲击试验,得到不同组合试件的局部冲击响应结果。根据能量吸收、荷载峰值、冲头位移和背板挠度的对比分析,得出以下结论:结构在相对较低能级(17~83J)的冲击作用下,除了永久塑性变形,也伴随着一定的弹性变形;同时,在芯层质量相同的前提下,可优先选择胞元较小、高度较低的蜂窝作为单层结构的芯层;全贯穿临界值应当介于83~119J之间,在设计牺牲层时,局部冲击的极限能量设计值应当低于该临界值;芯层的相对密度对抗局部冲击性能的影响较为明显;根据牺牲层的设计标准,在本文的局部冲击试验研究范围内,AB、BA、ABA型结构在综合指标上具有相对优势。研究结果可为成层式铝蜂窝夹芯结构在防护工程中的应用提供参考。     

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击位置识别研究

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击实验,采用一种基于应力波和免疫遗传算法的冲击载荷定位方法对蜂窝夹芯结构上的低速冲击载荷进行分析和定位。首先,通过一组事先确定冲击位置的低速冲击载荷产生的冲击应力波实验数据,使用小波变换方法对其在时频域进行分析,获得多个频率上冲击应力波在蜂窝夹芯结构中的传播速度;然后在此基础上,考虑蜂窝夹芯结构中应力波的各向异性特性,采用免疫遗传算法对未知的低速冲击载荷进行位置识别。实验研究结果表明了该方法的可行性和有效性     

铝蜂窝夹芯结构爆炸罐动力响应研究

铝蜂窝芯具有良好的变形能力、优异的力学性能和缓冲吸能效果,在爆炸罐大当量化的应用方面展现出巨大的优势。结合单层爆炸罐试验和仿真计算结果,得出单层罐在爆炸荷载作用下的最薄弱位置,验证了数值模型的可靠性;基于此提出了一种内衬可滑动的钢板-铝蜂窝芯-钢板复合多层爆炸罐的结构设计,建立了复合多层罐的细观模型,并对其在承受爆炸荷载作用时的变形破坏过程进行了数值模拟。研究表明,单层爆炸罐的仿真计算结果与试验值基本吻合,端盖由于三波的汇聚使其承受荷载最大;铝蜂窝芯内衬的变形过程与能量的耗散同时进行,是耗能的主要途径;蜂窝芯内衬使爆炸罐获得了更好的抗爆能力,成功使1 000 g的TNT炸药量下复合罐的S_1测点的应变值小于150 g的TNT单层罐的S_1测点的应变值,该研究可为工程设计提供参考。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

格栅-蜂窝混式芯体夹芯结构的低速冲击性能

针对传统复合材料夹芯结构抗冲击性能差的缺陷,提出一种格栅-蜂窝混式芯体,并对其低速冲击性能进行了研究.采用半球头式落锤冲击实验平台对碳纤维铝蜂窝夹芯结构的低速冲击响应进行研究;其次基于蜂窝非线性本构与完美界面假设,建立了碳纤维铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模型,实验与仿真结果吻合良好;最后对不同冲击位置和冲击角度下格栅-蜂窝...     

水下夹芯复合空腔结构声学特性试验研究

引入空腔改善夹芯复合结构低频段吸声性能。建立了三种典型水下声隐身结构声学系统模型,在数值分析吸声性能影响因素基础上,运用脉冲声管试验方法,分析了空气背衬“硬”边界条件和水背衬“软”边界条件下,有无空腔试样、不同空腔间距、空腔形状和深度对谐振吸声峰值及峰值频率等的影响。试验结果表明,空腔显著改善了夹芯复合结构低频段吸声性能;空气背衬下,空腔间距越小,首阶谐振吸声峰值越大,峰值频率越低,水背衬条件下则相反;空腔体积越大,首阶谐振吸声峰值越小,峰值频率越低。     

复合芯材夹芯结构成型工艺研究

为了改善复合材料夹芯结构中芯材与面板界面结合强度,研制了一种新型夹芯结构,即复合材料柱/泡沫塑料复合芯材夹芯结构.该结构中用过渡层取代胶结层,使芯材和面板为一体,芯材由泡沫塑料和柱结构组成,其中柱结构是与面板同材质的纤维增强复合材料.通过该夹芯结构的芯材结构设计、加工工具的设计、加工工艺设计,使增强材料在法向上植入芯材中,并与上下面板的增强材料连通.由于在同一个工艺过程中固化成型,构成一个整体,没有界面,从根本上改善了面板与芯材之间粘接性能薄弱问题.试验结果表明,该结构具有较高的抗层间剪切、抗平压、抗剥离及抗疲劳性能.     

铝蜂窝夹层板低速冲击响应及损伤模式的参数化影响

以铝蜂窝夹层板为对象,通过低速落锤试验及包含面板、胶层及蜂窝的细节仿真模型,探究了蜂窝胞元直径、蜂窝壁厚、面板厚度及冲头半径参数影响下低速冲击响应曲线及损伤模式的变化情况,确定在试验工况下的3种损伤模式：芯层屈曲、芯层剪切及夹层板穿透,其中芯层剪切模式具有更好的吸能分布。结果表明：蜂窝胞元直径与蜂窝壁厚对冲击响应与损伤模式具有类似的影响,面板厚度增加可以较大程度地提升抗冲击性能,冲头半径的大小会显著影响损伤模式。在此基础上建立与上述参数相关的损伤模式极限载荷公式,绘制相应的损伤模式图,为铝蜂窝夹层板的抗冲击设计提供参考。     

基于ANSYS的铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模拟研究

简要介绍了蜂窝夹芯板的结构及特点,利用ANSYS有限元模拟软件模拟分析了小球低速冲击对蜂窝铝板的损伤变形,在冲击条件参数不变的情况下,研究了蜂窝铝板结构参数(蜂窝芯边长、蜂窝芯壁厚、蒙皮板厚)对冲击变形以及吸收能量的影响。结果表明,冲击速度越快,能量吸收系数越高,蜂窝芯厚度、蒙皮板厚度增加和蜂窝芯边长减小均使蜂窝铝板耐冲击能力有所提升。     

纸蜂窝夹芯复合板材静态缓冲性能研究

目的为了新型纸蜂窝夹芯复合板材在运输包装中的推广应用,对新型泡状纸蜂窝夹芯复合板和纸蜂窝夹芯复合平板的缓冲性能和吸能特性进行研究。方法主要通过静态压缩实验,研究不同芯高的纸蜂窝结构类板材的应力-应变曲线、总能量吸收图、单位体积能量吸收图和缓冲系数-应变曲线,分析结构和芯高对板材静态压缩性能的影响。结果数据表明同种芯高的板材,纸蜂窝夹芯复合平板的应力峰值稍高;纸蜂窝夹芯复合平板的能量吸收、单位体积能量吸收最好;泡状纸蜂窝夹芯板由于泡结构的作用,缓冲性能大大增强。结论纸蜂窝夹芯复合平板的平压强度最好,而泡状纸蜂窝夹芯复合板的缓冲性能优于同等结构的蜂窝纸板,2种板材都有很好的应用前景。     

双壁厚蜂窝铝芯的共面冲击力学性能

参考文献[1],加入孔壁的剪切和伸缩变形精确推导了双壁厚蜂窝铝芯的共面弹性模量公式,并给出了其静态峰应力、密实化应变和单位体积密实化应变能的计算公式.建立了双壁厚蜂窝铝芯7×7的单元阵列有限元分析模型,分析了冲击速度在3～252 m/s时双壁厚蜂窝铝芯的冲击性能.随着冲击速度的增加,双壁厚蜂窝铝芯在x1和x2方向上先后表现出三种变形模式,变形模式的转换速度与(t/l)1/2成线性关系.双壁厚蜂窝铝芯的弹性模量与冲击速度成二次曲线关系,峰应力和单位体积密实化应变能与冲击速度的平方成线性关系,它们的相关拟合系数与t/l成二次曲线关系.根据壁厚在0.05～0.3 mm间的模拟结果,给出了描述以上关系的经验公式.     

碳/芳纶混杂纤维增强波纹夹芯结构低速冲击性能

采用碳纤维和芳纶纤维增强复合材料对波纹夹芯结构的面板进行层间混杂铺层设计,通过真空辅助树脂灌注(VARI)成型工艺制备混杂波纹夹芯结构。在60 J、80 J和100 J三种不同冲击能量下,研究了面板混杂铺层方式对波纹夹芯结构低速冲击性能及冲击后压缩强度的影响,并利用超声C扫和工业CT断层成像两种无损检测技术对波纹夹芯结构的冲击损伤机制进行了分析。结果表明：冲击能量较低时,波纹夹芯结构的吸收能量基本不受面板的混杂铺层方式影响,而凹坑深度随表层碳纤维层数增加而减少。冲击能量较高时,面板为分层式混杂(碳/芳纶纤维单层交替铺层)的波纹夹芯结构的抗冲击性能最好,纤维断裂损伤和层间分层主要发生在试样表层,但损伤面积较大;面板为夹层式混杂(以碳纤维为蒙皮、芳纶纤维为芯材)的波纹夹芯结构具有较高的吸收能量,整个上面板的纤维都发生了断裂破坏,但损伤面积较小。碳/芳纶混杂波纹夹芯结构的面板采用分层式和夹层式的混杂铺层设计时,具有较高的冲击后压缩强度。     

铝蜂窝结构的冲击动力学性能的试验及数值研究

通过分析蜂窝胞元中取出的Y型单元,推导了正六边形蜂窝胞元的相对密度计算公式,并分析了蜂窝的典型动态压溃过程;通过自制刀具切割蜂窝板得到了外径为西Φ100的三种规格(0.06 mm(胞元壁厚t)×4 mm(胞元边长l)×60 mm(试件高h)、0.06 mm(t)×6 mm(l)×30 mm(h)和0.06 mm(t)×10 mm(l)×50 mm(h))的蜂窝试件,并在标准冲击试验机上得到了它们在5m/s名义初始压溃速度下的应力-应变曲线;在保证与试验条件相同的前提下,简化蜂窝单元为Y型单元,辅以适当的边界条件,通过数值方法研究了此三种蜂窝试件的动态压溃过程,并将得到的应力-应变曲线与试验得到的应力-应变曲线作了比较,发现它们吻合的很好;最后将理论得到的弹性坍塌应力和塑性坍塌应力与相应的试验值和仿真值进行了对比,发现塑性坍塌应力的仿真值和试验值比较接近,而理论值则小于它们.最后结合蜂窝片标准冲击试验结果设计出可用于着陆缓冲装置着陆缓冲的蜂窝减振器,试验结果表明缓冲后加速度的试验值和设计值吻合的较好.     

微穿孔板—蜂窝夹芯复合结构的隔声性能

对微穿孔板和铝蜂窝芯的复合结构,测定其具有不同参数的隔声性能。在该结构中加入GSGN薄膜和木屑板,制备出新型轻质隔声复合结构板,计权隔声量为58.41 dB,密度仅为0.037 g/mm3,达到了轻质高效隔声的目的。预期该新型复合结构板可应用于建筑材料和声屏障上,可提高结构的隔声降噪能力,改善居民生活环境质量。     

缝合对泡沫夹芯复合材料低速冲击性能的影响

为了研究缝合对泡沫夹芯复合材料抗低速冲击的影响,以未缝合、全厚度缝合和冲击面纤维面板三类缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料板为研究对象,采用落锤冲击试验机对泡沫夹芯复合材料板进行10J能量的冲击试验。然后使用水浸超声波扫描成像系统对冲击后的复合材料板进行损伤检测,得出泡沫夹芯复合材料板内部不同深度层的损伤情况。采用ABAQUS有限元软件对上述三类泡沫夹芯复合材料板进行有限元模拟,得出了低速冲击响应过程及面板的损伤情况,并进行了实验与数值模拟结果对比分析。研究结果表明,缝合会使得各铺层的损伤趋向均匀化,能够大幅提高层合板的整体性使各铺层之间的衔接更加紧密。在较小冲击能量下,全厚度缝合与冲击面纤维面板缝合都能够抑制分层的破坏,并且抑制分层的效果相差不大,且靠近冲击面的层与层之间更加容易产生分层的破坏。     

新型环保纸蜂窝夹芯复合材料研究

目的依据包装缓冲设计及动力学理论分析新型环保纸蜂窝夹芯板的最佳厚度。方法通过平压实验、弯曲实验、抗冲击实验和单点吊挂实验分析蜂窝纸板的各项力学性能。结果平压实验时,压溃过程呈先后顺序,其压力-位移曲线呈双峰形态。在复合材料中间部位施加压力时,压力可达板自重的0.75倍以上,70~110 mm厚的板均能承受30 kg的大软体冲击(冲击高度为500 mm),满足墙体抗冲击性能标准;厚度小于90 mm的墙板,其损坏情况为孔洞周围石膏板被压溃,表现为轻微损伤;厚度大于90 mm的墙板,其力学性能良好。结论墙板的最佳厚度为90 mm。     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究

本文对蜂窝夹芯板试件进行了低速冲击试验, 然后用X 光技术、热揭层技术、断面显微技术和外观检测等对冲击后板的损伤进行了较为全面的研究, 讨论了表面布的作用, 分析了外观损伤、面板损伤、蜂窝损伤等与冲击能量的关系。     

两端固支泡沫铝夹芯梁在冲击荷载作用下的动力响应

提出两端固支泡沫铝夹芯梁在跨中受到冲击荷载作用下动力响应的简化理论计算方法。运用该方法及有限元软件LS-DYNA分别计算了泡沫铝夹芯梁在冲击荷载作用下的动力响应,着重考查了面板材料及芯材厚度对泡沫铝夹芯梁跨中位移的影响情况。并通过试验测量结果对理论计算结果及数值模拟结果进行了验证。研究显示,在不同冲量作用下,泡沫铝夹芯梁跨中位移理论值与实验结果两者符合程度较好,最大误差仅为14%;HRB335级钢面板泡沫铝夹芯梁较304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁在相同冲量作用下具有更小的跨中位移;芯材厚度的增加对提高泡沫铝夹芯梁抵抗冲击荷载的性能也有一定的贡献,夹芯梁芯材厚度由10mm增加至20mm,其跨中位移减小了33%左右。