金属泡沫复合材料夹芯结构的压痕响应实验

金属泡沫夹芯结构是近年来新出现的一种明显具有结构和功能一体化特点的新型轻质材料,它在临近空间飞行器、航海及汽车等领域有着广阔的应用前景。以以纤维增强复合材料面板、闭孔泡沫铝芯子为特征的复合材料夹芯结构为研究对象,对其在球形压头作用下的压痕响应、损伤模式、变形机制和失效机理进行理论分析和实验研究。研究发现,泡沫铝复合材料夹芯结构的压痕响应是夹芯结构的各个组成部分的响应、相互作用以及压头属性的综合作用结果。泡沫铝复合材料夹芯结构在球压头作用下的损伤模式为基体开裂、纤维断裂、层间分层、泡沫铝的屈服及剪切断裂五种失效模式。     

整体缝合夹芯结构复合材料力学性能

所设计的新型整体缝合泡沫夹芯复合材料结构,能够避免一般斜缝方式引起纤维交叉损坏的弊端。采用真空导入模塑工艺制备整体缝合泡沫夹芯结构复合材料,研究缝合结构、缝合方式以及缝合纱线用量对整体缝合泡沫夹芯复合材料平压力学性能和弯曲性能的影响。结果表明,新型缝合结构在保证平压力学性能的同时,相比于垂直缝合结构弯曲破坏载荷提高了94.4%;穿透缝合方式能够显著提高试样的平压强度和弯曲破坏载荷;随着缝合纱线用量的增加,整体缝合泡沫夹芯复合材料的压缩和弯曲性能显著提高。     

Kagome点阵夹层板吸能性能的数值模拟

建立了Kagome点阵夹层板在爆炸冲击荷载作用下的数值模拟模型,计算分析了夹层板的面板厚度、夹芯层杆件半径以及爆炸冲击荷载峰值压力和作用时间对Kagome点阵夹层板吸能性能的影响。发现在给定的爆炸冲击荷载作用下,夹层板只有在合适的几何尺寸下才能使夹芯层的塑性变形能占整个结构塑性变形能的大部分,从而体现出该夹层板主要由夹芯层塑性变形耗能的优势。     

通孔与闭孔泡沫铝水下隔声性能实验研究

对空气饱和与水饱和两种情况下的通孔泡沫铝以及闭孔泡沫铝开展了水下隔声性能实验研究。实验结果表明:在[500,4 000]Hz范围内,水饱和通孔泡沫铝和闭孔泡沫铝具有良好的隔声性能,而空气饱和通孔泡沫铝水下隔声性能相对较弱。与现有橡胶类水声去耦材料相比,水饱和通孔泡沫铝具有良好的低频、宽带隔声特性以及耐压且不受温度的影响等特点,可以作为一种潜在的性能优良的水声去耦材料。     

吸湿环境对石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料吸湿行为的影响

研究了不同温度、湿度环境下,夹层结构石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料及其芯材和面板的吸湿规律。将石英纤维增强环氧树脂面板、PMI泡沫、复合材料面板/PMI泡沫夹层结构试样在不同吸湿环境中进行吸湿处理后,对其吸湿行为进行分析。结果表明:浸水环境下面板、PMI泡沫、PMI泡沫夹层结构复合材料都表现出更为严重的吸湿行为;在潮湿环境中,50℃至70℃范围内,温度越高,试样在吸湿过程中的质量损失越多,最终的饱和吸湿率越小;在60℃以内的潮湿环境中,PMI泡沫夹层结构复合材料的饱和吸湿率可以通过相同环境下面板复合材料和PMI泡沫的吸湿率进行预测。     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体高应变率压缩吸能机理

为研究纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体吸能元件在高应变率冲击压缩载荷作用下的变形损伤模式和能量吸收机理,采用ABAQUS商用有限元软件和分离式Hopkinson压杆装置开展数值模拟分析和试验验证研究。对比分析宏观力学响应规律和微观损伤破坏机理,可知吸能结构元件在高应变率压缩载荷下的力学响应具有典型的弹塑性特征,内部芯材主要产生压缩塑性损伤,而表层复合材料沿环向产生拉伸断裂破坏。研究表明,该吸能元件冲击压缩吸能特性优异,可满足水下结构平台的冲击防护和浮力储备要求。     

FCG电枢膨胀过程流体计算

建立了爆炸磁压缩装置 (FCG)的 2 D轴对称有限元模型 ,应用显式非线性动力分析程序进行求解 ,得到了爆磁压缩装置电枢膨胀过程的图像。电枢使用Johnson Cook材料模型和根据实验Hugoniot曲线确定的Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ状态方程 ,考虑到了材料应变率硬化和塑性功绝热加热过程 ;炸药材料采用JWL状态方程 ,得到了铝金属管电枢的膨胀过程、膨胀张角以及塑性功导致的电枢温度升高     

金属泡沫断裂韧性的试验研究

金属泡沫在其实际应用中,断裂性能和断裂韧性对于承载的多孔金属泡沫有着重要的意义。基于美国试验材料学会相关标准,采用三点弯曲试样测定了铝泡沫的I型断裂韧性。研究表明,金属泡沫的断裂为脆性断裂,在裂纹尖端附近,孔壁最薄弱的区域最容易发生变形;随着进一步加载,一些孔壁发生断裂,微裂纹在断裂尖端附近出现。随着载荷的增加,主裂纹在缺口根部形成或由微裂纹合并而成,并开始在多孔结构内传播。裂纹沿着结构最薄弱处传播,并产生次生裂纹和裂纹桥。裂纹总的扩展方式还是I型断裂。根据试验P-V曲线特点,取最大载荷点对应的力与位移求解出铝泡沫的裂纹尖端临界张开位移的平均值为0.051 mm。     

夹芯复合材料圆柱壳在静水压力下的承载能力试验

为研究极限复合材料圆柱壳在静水压力下的损伤现象和机理,首先基于钢制耐压壳比重大以及声学和磁学性能差的缺点,提出了使用夹芯复合材料圆柱壳作为潜水器耐压壳的新型结构形式;然后,采用试验研究,比较了两种模量芯材的夹芯复合材料圆柱壳结构在静水压力下的承载能力;最后,根据两种壳体的特点,设计了两种不同的试验方案进行试验,得到了壳体的失效载荷,并通过应变片测定了壳体复合材料表层上相应测点在试验过程中的应变数据。得到以下结果:HW-S01壳体受到屈曲效应的破坏,而HW-055壳体由于局部复合材料应力过载而失效;HW-S01壳体的试验失效荷载为1.34 MPa,HW-055壳体的失效载荷为11.2 MPa。试验结果表明:该夹芯复合材料圆柱壳有能力承受超过1 000 m水深的静水压力,可以对大潜深潜水器全复合材料耐压壳的设计研究提供参考。     

基于分束法的金属板小角度微波后向散射系数测试

使用微波分光仪构建了分束法测试系统,利用分束法测试了10.5GHz频率下0°～10°铝板、不锈钢板、镀锌铁板的后向散射系数,结果表明金属板的微波后向散射系数随方向角的增加而迅速减小,与理想导体平面的镜面反射特征一致,而且电导率较大的铝板更适合作为分束法的定标板。     

Multi-layer protective armour for underwater shock wave mitigation

The effect of underwater shock wave on different target plates has been studied.An underwater shock wave generator(shock tube) was used to study the interactions between water and different constructed targets which act as shock wave mitigation.Target plates,composed of sandwich of two aluminum sheets with rubber and foam in between,were prepared and studied.For comparison,the target plates composed of triple aluminum sheets were tested.The study includes the testing of the selected plates in water under the effect of different peak pressures and the analysis of the results.The strain gauge data and displacement sensors results showed that the multi-layer plates have higher level of underwater shock wave mitigation than the triple aluminum plates with strain and deflection of nearly 50%.     

方孔蜂窝夹层板在爆炸载荷下的动态响应

通过有限元数值模拟方法,对方孔蜂窝夹层板在爆炸冲击载荷下的动态响应和变形机理进行了分析.在单位面积质量以及夹芯层的高度、宽度给定的情况下,得出了最优的夹芯层相对密度.在此相对密度下,夹层板吸收能量最多,下面板变形最小,夹层板的抗冲击性能最优.将单位面积质量相等的夹层板和实体板进行了对比分析,结果表明:夹层板具有更加优良...     

一种新型防护结构对爆炸冲击波衰减特性的研究

运用大型有限元软件LS—DYNA,在相同爆炸冲击波作用下,对洞库口部普通钢板防护门和有泡沫铝夹层的钢板防护门两种防护结构的隔爆性能进行了数值模拟和对比分析,结果表明:有泡沫铝夹层的钢板防护门对爆炸冲击波有着良好的衰减特性。同时表明该新型防护结构对洞库口部抗爆炸冲击波设计有着很高的参考价值。     

PMI泡沫夹层结构雷达天线罩间接热-结构耦合分析与实验研究

机载PMI泡沫夹层结构雷达天线罩在环境温度变化时将产生表面变形现象并影响其使用性能,但对天线罩热变形结果进行实时检测分析具有一定难度。通过ANSYS间接热-结构耦合法建立了分析模型,对天线罩进行了计算分析,采用热膨胀片状模型进行了理论分析,在此基础上,设计并开展了温度冲击实验研究。结果表明, PMI夹层结构天线罩的热-结构耦合变形综合应变趋势是棱边处膨胀程度最大,由边缘至天线罩透波面中心处,膨胀程度逐渐减小;间接热-结构耦合计算应变值与实测应变值之间平均相差35.08%,间接热-结构耦合分析方法与模型具有一定的可信性。     

Optimal design of a novel cylindrical sandwich panel with double arrow auxetic core under air blast loading

The increasing threat of explosions on the battle field and the terrorist action requires the development of more effective blast resistance materials and structures. Curved structure can support the external loads effectively by virtue of their spatial curvature. In review of the excellent energy absorption property of auxetic structure, employing auxetic structure as core material in curved sandwich shows the potential to improve the protection performance. In this study, a novel cylindrical sandwich panel with double arrow auxetic (DAA) core was designed and the numerical model was built by ABAQUS. Due to the complexity of the structure, systematic parameter study and optimal design are conducted. Two cases of optimal design were considered, case1 focuses on reducing the deflection and mass of the structure, while case2 focuses on reducing the deflection and increasing the energy absorption per unit mass. Parameter study and optimal design were conducted based on Latin Hypercube Sampling (LHD) method, artificial neural networks (ANN) metamodel and the nondominated sorting genetic algorithm (NSGA-Ⅱ). The Pareto front was obtained and the cylindrical DAA structure performed much better than its equal solid panel in both blast resistance and energy absorption capacity. Optimization results can be used as a reference for different applications.     

铝合金-纯铝-钢复合板爆炸焊接试验及性能研究

通过设计爆炸焊接试验复合了铝合金-纯铝-钢爆炸复合板,对其界面形态、显微硬度及力学性能进行了研究。结果表明,铝合金-纯铝界面纯规则正弦波形,纯铝-钢复合板界面波形较小,铝合金-纯铝-钢复合板的界面剪切强度在75 MPa以上,爆炸复合过程中,纯铝与钢界面生成了金属间化合物,其界面处基体金属发生强烈的塑性变形。复合板变形及组织变化的结果造成复合板界面处的显微硬度最高,随着距界面距离的增加,两侧基体金属的硬度逐渐降低。     

钢管约束混凝土抗侵彻性能试验

进行了12.7mm穿甲枪弹侵彻钢管约束混凝土和PVC管约束混凝土厚靶试验,建立了硬芯枪弹侵彻深度公式,研究了钢管约束混凝土的抗侵彻性能。结果表明:钢管约束混凝土靶的破坏模式与无约束混凝土靶存在显著不同,其核心混凝土侧面出现了环向裂纹;相对于无约束混凝土靶,钢管约束混凝土靶的抗侵彻能力明显提高,并具有较强的抗多发打击能力。     

方钢刚性减振结构对组合板振动影响的计算分析

从质量引起的阻抗失配的原理出发,利用波动理论分析了在板中嵌入一块方钢所引起的对振动波传播的阻碍作用,并且通过NASTRAN有限元软件进行了模拟计算,检验了方钢结构的隔振效果.