热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为

夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控制落锤下落高度实现不同冲击能量对结构低速冲击响应的影响;并在相同的冲击能量下,研究了蜂窝夹芯结构芯层高度和芯层层数对结构抗冲击性能的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了蜂窝夹芯板的低速冲击模型与试验结果进行对比,通过对获得的载荷时间曲线和结构失效模式的分析,发现结构的损伤以上面板的凹陷和芯层的压溃为主,在面板未发生穿透的情况下结构会发生大幅度回弹。     

Nomex蜂窝夹芯板冲击损伤试验研究

针对某型飞机上应用的Nomex蜂窝夹芯板,通过冲击损伤试验,研究了蜂窝夹芯板厚度对其抗冲击损伤能力的影响、试件损伤面积与冲击能量之间的关系以及穿透损伤对夹芯板轴压承载性能的影响。结果表明:20 mm与8 mm厚度板在分别承受40 J与25 J冲击能量时出现穿透损伤,厚板比薄板具有更高的抗冲击损伤能力;相同冲击能量时,20 mm厚板损伤面积比8 mm板的小;随冲击能量的增大,两种板的损伤面积逐渐增大;当冲击能量超过一定值时,8 mm板损伤面积增速明显加快;20 mm蜂窝夹芯板冲击后的剩余强度为完好件的56.7%,8 mm蜂窝夹芯板冲击后的剩余强度为完好件的67.5%。     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元建立了复合材料蜂窝夹芯板在低速冲击作用下的渐进损伤分析模型。该模型中将蜂窝夹芯等效为均匀的正交各项异性材料。采用基于应变的Hashin三维失效准则和Yeh分层失效准则对面板损伤进行判断。使用部分刚度折减对损伤材料性能进行退化。利用用户子程序将损伤判据和刚度折减方案引入到ABAQUS软件中。模拟了复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤渐进过程,并与试验结果进行验证。证明了该方法的合理性,最后讨论了各种参数对冲击响应和冲击损伤的影响。     

蜂窝夹芯板的理论研究

讨论了蜂窝夹芯板的基本方程,把互相耦合的含３个未知广义位移函数的３个二阶偏微分方程的联立方程组,通过引进微分算子化成形式上的代数方程组的方法,简化成只含１个中间位移函数的六阶偏微分方程式。使有关蜂窝夹芯板弯曲变形计算大大简化。     

基于Ansys的冲击载荷下蜂窝夹芯板的动力学响应

以四边固支铝基蜂窝夹芯板为研究对象,针对蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒的位置及填充量对动力学响应的影响进行了Ansys数值模拟计算,并比较了不同条件下的蜂窝夹芯板应力应变值.结果表明:在冲击载荷下,蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒后能很好地减小应力应变值,增大蜂窝夹芯板的吸能效果.颗粒填充范围为0.2~0.25,颗粒填充数为两粒时,蜂窝夹芯板的应力应变值最小,吸能效果最佳,过多的填充不仅不具有更好的吸能效果,反而会激振蜂窝夹芯板.     

泡沫铝夹芯板低速冲击性能研究

对包套轧制及胶粘泡沫铝夹芯板进行了低速冲击试验,分析了两种夹芯板在低速冲击下的力学响应及破坏形式.结果表明,两种结合界面的夹芯板都具有吸能特性,但冶金结合夹芯板抗冲击的缓冲时间明显长于胶粘结合夹芯板.随着加载冲量的增加,冶金结合夹芯板的屈服载荷和平台载荷增加,缓冲时间缩短,抗冲击过程表现出明显的应变率效应.冶金结合夹芯板破坏模式主要为芯层剪切、压实和面板塌陷.     

三种蜂窝夹芯板的抗爆性能分析

为进一步理解强爆炸载荷下蜂窝夹芯板的抗爆机理,采用ABAQUS/Explicit有限元软件,对3种蜂窝夹芯板的抗爆性能进行了数值模拟分析. 对比了圆孔蜂窝、六边形蜂窝和六角排列圆管3种芯层结构的单胞的面外压缩性能,分析了夹芯板在爆炸载荷作用下的变形过程. 结果表明:对于相同相对密度的3种芯层,在准静态压缩下,六角排列圆管最容易压缩,其平台应力最低,而圆孔蜂窝的平台应力最高. 在相同的结构参数与爆炸载荷作用下,六角排列圆管夹芯板的背板挠度最小,抗爆性能最优. 分析了圆管夹芯板抗爆性能的参数影响,结合载荷传递与芯层压缩变形机制,阐明了夹芯板的抗爆机理,并指出总吸能量不能直接反映夹芯板抗爆性能优劣.      

平纹铺层及三维角联锁复合材料热氧老化后低速冲击及剩余弯曲性能

以平纹铺层和三维角联锁碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,探究其在180℃高温下分别老化4、8、16和32 d后的低速冲击响应,并结合其冲击后弯曲性能,比较两种结构复合材料抗冲击性能随老化时间的变化规律。结果表明:随着老化时间的增加,冲击加载下平纹铺层和三维角联锁纤维环氧树脂两种复合材料试件的最大冲击载荷减小,能量吸收率增大,承载性能退化;相同老化条件下,三维角联锁结构试件的剩余模量和强度保留率均高于平纹铺层试件。两者微观形貌的分析表明:平纹铺层结构试件易在热氧老化过程中形成连续的层间裂纹,并在外加载荷作用下扩展造成层间失效;三维角联锁结构试件因厚度方向的接结纱作用,界面裂纹扩展受阻,从而缓解热氧老化引起的界面性能退化。     

组合式铝蜂窝低速冲击响应特性实验研究

以组合式铝蜂窝为研究对象,通过改进SHPB系统,利用激光光通量位移计和PVDF压电薄膜测试技术,得到了铝蜂窝结构大应变低速压缩应力应变曲线;结合高速摄影分析了组合式铝蜂窝结构在低速撞击条件下的变形响应方式和吸能特性过程.结果表明,组合式蜂窝结构动态吸能可分为蜂窝嵌入过程和结构共同压溃两个阶段,对于厚度相同的两级组合式铝蜂窝结构这两个阶段的转换变形应变约为0.5,嵌入阶段所吸收的能量占总吸能比约为25%;组合蜂窝结构的吸能效率曲线存在两个相当的峰值,约为40%.与准静态结果对比,动态加载条件下,组合式蜂窝结构吸能效果更好.      

两种复合材料冲击后压缩强度对比研究

冲击后压缩试验是评定复合材料材料损伤容限的关键试验,对两种重要的国产复合材料CCF300/Ma001和CCF300/Ma002进行冲击后压缩试验研究,以获取材料体系的损伤容限性能数据以及评估增韧树脂对损伤容限的改进效果。冲击试验的结果显示,在相同冲击能量下,当冲击能量小于20 J时采用增韧树脂Ma002的复合材料冲击凹坑深度与采用Ma001树脂的复合材料凹坑深度接近;而当冲击能量大于20 J时,Ma002体系复合材料凹坑深度仅有Ma001体系复合材料凹坑深度的大约1/2。冲击后压缩试验结果显示,当冲击能量和凹坑深度相同时,Ma002材料体系复合材料的剩余强度比Ma001体系复合材料剩余强度高约20%。对比分析试验结果证明增韧树脂体系Ma002复合材料的冲击韧性和损伤容限都高于未增韧体系Ma001复合材料。     

铝蜂窝夹芯三明治板弹道极限的实验研究

为研究铝蜂窝夹芯三明治结构的弹道防护特性,设计并实施了一系列速度在100~250 m/s之间的弹道冲击实验. 研究了在不同冲击速度、面板厚度、芯层密度和弹丸头部形状等条件下,该结构的能量吸收特性和弹道极限. 结果表明,铝蜂窝夹芯能有效提高三明治板的抗弹能力,并且对高速弹丸防护能力的提高作用更加显著. 在弹速相同的条件下,结构对平头弹丸的能量吸收低于圆头和尖头弹丸.     

复合材料蜂窝夹芯板挖补修理后的侧压性能

 对3种方法修理后复合材料蜂窝夹芯板的侧压性能进行:实验研究.实验结果表明,不同修理方法均可有效地恢复试件的侧压强度,所有试件的侧压强度恢复率均在完好板强度的79%以上.其中,初始损伤最小的蜂窝夹芯板有最高的强度恢复率,此外非对称的修理设计会导致附加弯矩,从而对结构承载能力造成不利的影响.在实验基础上建立三维有限元模型对修理后蜂窝夹芯板的侧压性能进行研究,数值模型得到的结构刚度、极限载荷与破坏模式均与实验结果吻合良好,为复合材料蜂窝夹芯板的修理设计提供了可靠的数值方法.     

轻骨料夹芯复合墙板及连接节点力学性能试验研究

设计轻骨料夹芯复合墙板试件及与钢结构的连接节点。通过采用低周反复加载试验,研究其力学和抗震性能,确定其破坏形式,根据试验数据获得了(p-Δ)滞回曲线和骨架曲线,分析耗能和变形性能等。为夹芯复合墙板在轻型钢结构住宅中的应用提供了试验依据。     

基于规范要求的受损船体总纵剩余强度分析

比较了研究了国际船级社协会和ＡＢＳ、ＤＮＶ船级社规范对破损船体结构剩余强度的要求，并把这些要求转化为可靠性模型的限制状态方程，从而使概率意义的评估得以实现。文中还给出了散货船的计算实例比较了ＩＡＣＳ与规范的确定性剩余强度因子与剩余可靠性指标，得到了基于现行规范的安全要求，计算结果表明，ＩＡＣＳ的要求与ＡＢＳ、ＤＮＶ严格，规范中剪力校核条件较为苛刻，在破舱进行水时很难达到要求。     

火灾高温后混凝土残余强度的试验研究

为研究冷却方式对不同类型水泥混凝土高温后残余强度的影响,设置了温度为500℃、600℃、700℃、800℃、900℃的梯度,分别对采用复合硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的立方体标准试块进行高温后力学试验。通过试验考察不同冷却方式下试块高温后的破坏形态、残余强度,并进行XRD分析,解释了冷却方式、水泥种类、受火时间等因素对高温后混凝土残余强度的影响。试验表明:高温后混凝土的破坏形态与其采用水泥种类及受火时间有关;冷却方式对不同水泥混凝土高温后的残余强度影响不同。     

高能发射药在高速冲击下屈服强度的分析方法刘计划

为了研究高能发射药在高速冲击下屈服强度的分析方法,利用落锤试验机进行常温(20℃)和低温(-40℃)下DAGR125发射药的冲击试验,得到不同冲击速度下发射药轴向应力的演化规律.在此过程中,结合高速摄像技术,获得冲击过程中发射药表面的灰度图像,通过数字图像相关方法得到发射药表面变形,从而建立高能发射药在冲击载荷作用下的应力应变曲线.随后,利用3种分析方法(分别为初始拐点法、切线法及二次导数法)获得了发射药在高速冲击下的屈服强度.经过对比分析发现,常温20℃下DAGR125屈服强度的有效分析方法为初始拐点法,而切线法对低温-40℃下DAGR125发射药屈服强度的确定适用性更好.     

高强度U肋加劲钢板残余应力测试及模拟分析

为研究Q420级高强度U肋加劲钢板纵向焊接残余应力分布特点及影响因素,利用切割法对U肋加劲钢板进行了纵向残余应力测试,通过三维实体热弹塑性有限元模型和单元生死技术模拟了焊缝填充和焊接过程,比较分析了高强度钢和普通强度钢的残余应力分布特点,探讨了母板厚度及U肋的厚度、间距、宽度、高度对加劲板焊接残余应力的影响.研究结果表明,U肋两侧的焊接先后顺序并不影响加劲板的残余应力分布;非焊接区域残余压应力峰值和分布特点与板件材料的屈服强度基本不相关;板件厚度、U肋顶宽和U肋高度是影响高强度U肋加劲钢板焊接残余应力的主要因素.     

圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析

评估由中央裂纹（M(T)）试样获得的裂纹尖端张开角(CTOA)预测多裂纹薄壁结构剩余强度的有效性.利用ABAQUS软件建立含有M(T)试样的二维有限元模型,采用裂纹尖端张开角断裂准则和平面应力模型模拟其裂纹扩展过程.对具有不同初始裂纹长度的M(T)试样,该方法预测的剩余强度和载荷-裂纹扩展增量曲线与试验结果接近,误差小于6%;但对于含有多条裂纹试样的剩余强度预测值偏大,相对误差在20%左右.通过增加对裂纹尖端周围单元约束的改进,采用平面应变核模型可以有效提高剩余强度预测精度;对具有不同多裂纹构型的薄壁结构进行分析,采用恒定裂纹尖端张开角和平面应变核的方法均可以得到与试验相近的结果,剩余强度预测误差基本都在10%以内.

     

含裂隙类岩石试样单轴抗压强度特征及裂纹演化规律

通过研究含复杂裂隙岩体性质，甄别岩体中关键裂隙，进而简化裂隙网络.基于3D打印技术制备含裂隙类岩石试样，利用数字图像相关(DIC)技术和颗粒流软件PFC研究了试样应变场变化、试样内局部应力分布状态和破裂模式.研究结果表明:1)相较于完整试样，含水平裂隙试样的峰值强度降低了20.9%，含垂直裂隙试样的峰值强度仅降低3%左右，水平裂隙对试样的劣化效果更显著;2)水平裂隙中部拉应力远超垂直裂隙端部应力，因此含水平裂隙试样更易且更早产生拉伸裂纹，导致含水平裂隙试样强度低于含垂直裂隙试样强度;3)当十字交叉裂隙中垂直裂隙长度为水平裂隙长度的1~2倍时，十字交叉裂隙中的水平裂隙是控制试样裂纹演化及强度特征的关键裂隙，因此十字交叉裂隙可简化为水平裂隙.