检索结果-内蒙古大学图书馆

材料导报 2023年第7期37卷 235-242页

作者：张奇张震东任杰姚琳吴林华南京理工大学机械工程学院南京210094 南京模拟技术研究所南京210094

本工作提出几种正六边形玻璃纤维多胞结构,采用热压模具工艺制备多胞结构试件,利用万能试验机对其进行面外准静态压缩试验,分析了不同壁厚的多胞结构破坏模式和吸能特性。试验结果表明:准静态压缩过程中,多胞结构壁厚较小时表现为局部... 详细信息

本工作提出几种正六边形玻璃纤维多胞结构,采用热压模具工艺制备多胞结构试件,利用万能试验机对其进行面外准静态压缩试验,分析了不同壁厚的多胞结构破坏模式和吸能特性。试验结果表明:准静态压缩过程中,多胞结构壁厚较小时表现为局部屈曲破坏模式,壁厚不小于0.8 mm时,表现为渐进破坏模式;与相对平均压缩载荷相比,五种壁厚的多胞结构试件的实际平均压缩载荷均有显著提高,且实际平均压缩载荷随着胞元数量和胞元壁厚增加而增大;比吸能随胞元壁厚增加而增大,且胞元壁厚从0.6 mm增加到0.8 mm时,多胞结构由局部屈曲破坏模式转变为渐进破坏模式,比吸能显著提高,可提升5.62~9.74 J/g。

关键词：热压模具工艺多胞结构准静态压缩吸能破坏模式

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碳纤维增强环氧树脂基复合材料六边形多胞结构准静态压缩响应实验研究

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推进技术 2023年第8期44卷 230-239页

作者：张震东任杰马大为高原朱忠领王玺南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 火箭军研究院北京100089 北京航天发射技术研究所北京100076

为简化制作工艺,将碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)六边形管采用环氧树脂胶粘接在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料六边形管多胞结构(Multicellular structure of CFRP hexagonal tubes,MSCHT)。通过对多胞结构进行准静态压缩试验... 详细信息

为简化制作工艺,将碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)六边形管采用环氧树脂胶粘接在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料六边形管多胞结构(Multicellular structure of CFRP hexagonal tubes,MSCHT)。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析了其压缩破坏模式和耗能特性,并获取了各影响因素对压缩响应的贡献率。研究结果表明:多胞结构均呈现出渐进压缩破坏模式,沿着六边形管自由面形成带状纤维束;相邻碳管间的相互作用和粘接面的存在导致多胞结构的实际平均载荷高于其比测值,进而使得实际耗能量高于耗能量比测值;与单根六边形碳管相比,MSCHT的比吸能更高,并且存在最优壁厚使得结构比吸能最大,本次试验试件的最大比吸能达到114.4 kJ/kg;多胞结构的胞元数量和壁厚对平均压缩载荷、峰值载荷、耗能量的线性贡献率均为正且胞元数量贡献率高于壁厚,而壁厚对比吸能的线性贡献率为负,胞元数量对比吸能的贡献率为正。

关键词：碳纤维六边形管多胞结构准静态压缩试验破坏模式吸能特性贡献率分析

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粘接条件对碳纤维增强复合材料四边形多胞结构耗能特性的影响

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推进技术 2023年第8期44卷 219-229页

作者：张奇张震东任杰高原王玺南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 火箭军研究院北京100089 北京航天发射技术研究所北京100076

为研究多胞结构胞元间的粘接条件对结构耗能特性的影响,将碳纤维增强环氧树脂复合材料方管采用环氧树脂胶以不同粘接条件粘接在一起形成多胞结构,并进行了准静态压缩试验,分析了不同粘接条件下多胞结构的压缩破坏模式和耗能特性。研究... 详细信息

为研究多胞结构胞元间的粘接条件对结构耗能特性的影响,将碳纤维增强环氧树脂复合材料方管采用环氧树脂胶以不同粘接条件粘接在一起形成多胞结构,并进行了准静态压缩试验,分析了不同粘接条件下多胞结构的压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明:胞元间采用侧面粘接或底部粘接的方法可提高多胞结构的耗能特性;粘接底部比侧面粘接对多胞结构的耗能量和压缩载荷的影响更大;完全粘接试件的平均压缩载荷、耗能量和比吸能均最大。对于三胞结构而言,品字型三胞结构的耗能特性比L型三胞结构耗能特性更优。

关键词：复合材料多胞结构粘接条件准静态压缩试验破坏模式吸能特性

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CFRP多胞结构吸能机制及多工况耐撞性设计

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中国公路学报 2022年第6期35卷 339-354页

作者：朱国华张伟东赵轩余曼张硕余强长安大学汽车学院陕西西安710064 西安航空学院车辆工程学院陕西西安710077

将轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)应用到多胞结构设计中,有望进一步提升CFRP薄壁结构的耐撞性能及吸能效率。为了研究CFRP多胞结构在多角度加载工况作用下的能量吸收机制及耐撞性能,采用机织平纹CFRP预浸料制备CFRP单胞管以... 详细信息

将轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)应用到多胞结构设计中,有望进一步提升CFRP薄壁结构的耐撞性能及吸能效率。为了研究CFRP多胞结构在多角度加载工况作用下的能量吸收机制及耐撞性能,采用机织平纹CFRP预浸料制备CFRP单胞管以及2个不同规格的CFRP多胞管,并通过调整壁厚使所有结构的质量保持相等;随后,对上述3个试样开展准静态轴向压溃试验,通过试验揭示CFRP多胞管的耐撞性能。此外,建立CFRP多胞管的有限元模型,采用数值仿真的方法揭示多胞管的能量吸收机制,并基于试验验证的有限元模型进一步分析9种不同规格的CFRP多胞结构在多种加载角度下的压溃性能。最后,采用多指标评价方法(COPRAS)对不同构型的多胞管在多种压溃角度下的耐撞性能进行综合评价。试验结果表明:单胞管发生了不稳定的局部屈曲,多胞管发生了稳定的渐进失效,并且在等质量的条件下,多胞管的总吸能比单胞管的总吸能高约68%。仿真结果表明:层内损伤是CFRP多胞管以及单胞管的主要吸能机制,其能量耗散值约占总能量的50%;且随着加载角度的增加,各结构的总吸能逐渐下降,但各吸能机制所耗散能量的占比变化不大,增加胞数以及内壁胞壁的厚度均能小幅度提升多胞管的能量吸收特性。综合耐撞性评价结果表明:试样MT3-4[胞数为9,内部胞壁厚度b为1.1780 mm(5层),外部胞壁厚度c为0.2356 mm(1层)]在多种压溃角度下具有更好的综合耐撞性能。

关键词：汽车工程多胞结构多指标评价方法碳纤维增强复合材料数值模拟耐撞性设计

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诱导分布对高速列车多胞结构耐撞性的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1626-1634页

作者：梁习锋陈劼昊李治祥马闻许平中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际联合研究实验室湖南长沙410075 中南大学铁道车辆安全技术国家与地方联合工程研究中心湖南长沙410075

通过在高速列车端部吸能结构的不同区域加入诱导孔,研究不同位置的开孔方案对多胞结构的吸能特性影响。通过有限元软件LS-DYNA建立开孔结构的有限元模型,并在冲击试验数据中验证该模型的有效性,然后,分别在结构内侧、中部和外侧3个位置... 详细信息

通过在高速列车端部吸能结构的不同区域加入诱导孔,研究不同位置的开孔方案对多胞结构的吸能特性影响。通过有限元软件LS-DYNA建立开孔结构的有限元模型,并在冲击试验数据中验证该模型的有效性,然后,分别在结构内侧、中部和外侧3个位置布置诱导孔,诱导孔类型有4孔和8孔2种,共形成6种不同诱导结构,研究结构耐撞性随位置变化的规律,并通过复杂比例评价决策方法,选择其中耐撞性最佳的开孔结构。研究结果表明:在多胞结构中加入诱导结构能够有效提高结构的褶皱数量,而在内侧加入诱导孔对于提高褶皱数量的效果好于在结构外侧加入诱导孔产生的效果,在内侧开孔能够提高结构整体的褶皱数量,而在外侧开孔能够提高部分相邻胞壁的褶皱数量,但可能会对原本规则变形的胞壁造成一定影响;在外侧加入诱导孔会使结构的峰值力更低,力波动更平稳,但会使结构出现整体屈曲变形;在内侧加入诱导孔能提升更多的吸能量和比吸能;最优开孔结构的初始峰值力降低14.20%,压溃力效率提高20.63%。

关键词：高速列车诱导分布耐撞性多胞结构冲击载荷

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连续碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构的准静态压缩响应

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兵工学报 2022年第5期43卷 1185-1193页

作者：张震东王雪琴任杰刘峥高原王玺南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 火箭军研究院北京100089 北京航天发射技术研究所北京100076

由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对... 详细信息

由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析其压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明:该多胞结构呈现出渐进压缩破坏,当碳纤维管壁厚大于0.5 mm时会出现胶结面开裂;由于相邻碳纤维管阻碍了纤维束的扩展,导致压缩载荷增大,使多胞结构的实际平均载荷高于理论平均载荷,同时引起实际耗能量高于理论耗能量;与单根碳纤维管相比,多胞结构的比吸能更高,试件的最大比吸能达到82 J/g,比吸能增长比最高达到37.9%。

关键词：碳纤维管多胞结构准静态压缩试验破坏模式吸能特性

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蛋盒形多胞结构耐撞性应用研究

蛋盒形多胞结构耐撞性应用研究

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作者：李美佳吉林大学

学位级别：硕士

多胞结构具有质量较轻、耐冲击以及比吸能较高等优异的力学性能,被广泛的应用于汽车领域。汽车实际碰撞常与吸能部件轴向成一定的角度,但目前对于多胞结构的耐撞性研究多基于轴向工况,因此探究多胞结构在不同角度下的耐撞性能及其在汽... 详细信息

多胞结构具有质量较轻、耐冲击以及比吸能较高等优异的力学性能,被广泛的应用于汽车领域。汽车实际碰撞常与吸能部件轴向成一定的角度,但目前对于多胞结构的耐撞性研究多基于轴向工况,因此探究多胞结构在不同角度下的耐撞性能及其在汽车上的应用非常重要。蛋盒结构具有良好的吸能缓震性能,能够通过自身变形吸收冲击能量,基于此本文提出了一种蛋盒形多胞结构,探究其在多角度冲击下的耐撞性能。并且将该结构应用于汽车吸能盒中,以提高汽车碰撞的安全性能。具体研究内容如下: (1)基于蛋盒的形状提出了一种新型的蛋盒形元胞结构,将元胞结构进行周期性排列形成多胞结构。对所提出的蛋盒形多胞结构进行网格划分、赋予材料、加载工况设置、约束条件设置,建立蛋盒形多胞结构有限元模型。经增材制造技术制备了蛋盒形多胞结构试件和材料拉伸试件,进行了材料拉伸试验,得到了材料的力学性能。对蛋盒形多胞结构进行轴向压缩试验,通过与仿真得到的接触力-位移曲线和变形模式进行对比分析,验证了所建立有限元模型的准确性。通过有限元方法分析在多工况冲击下蛋盒形多胞结构的耐撞性能和变形模式。采用正交试验设计的方法,分析蛋盒形多胞结构的排布形式、几何参数以及截面形状对其多工况综合耐撞性能的影响,并得到各耐撞性指标的最优水平组合。 (2)将蛋盒形多胞结构填充在吸能盒中,对比多工况冲击下填充前后吸能盒的综合耐撞性能。将蛋盒形多胞结构的几何参数以及吸能盒的厚度作为设计变量,碰撞峰值力作为约束条件,综合比吸能最大、质量最小作为优化目标,使用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)对蛋盒形多胞填充吸能盒结构进行多目标优化设计,基于熵-TOPSIS法在所得到的Pareto非支配解集中确定最优方案,经优化后得到的填充吸能盒各项综合耐撞性指标均优于初始设计。 (3)在优化后得到的蛋盒形多胞填充吸能盒基础上,结合梯度设计原理和仿生设计理念,提出了填充物厚度梯度变化的吸能盒结构。在保证相同质量的前提下,赋予填充在吸能盒中的蛋盒形多胞结构不同的厚度,对比了五种具有不同厚度差值的梯度结构,分析不同的厚度差值对多工况冲击下综合耐撞性能和变形模式的影响。将填充的蛋盒形多胞结构厚度作为设计变量,碰撞峰值力作为约束条件,综合比吸能最大以及整体质量最小作为优化目标,进行多目标优化设计,优化后得到的填充物厚度梯度变化吸能盒的各项耐撞性能均优于均匀填充吸能盒结构。

关键词：多胞结构多工况吸能盒多目标优化耐撞性

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3D打印沙漏形多胞结构耐撞性及制备工艺研究

3D打印沙漏形多胞结构耐撞性及制备工艺研究

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作者：黄冲中南大学

学位级别：硕士

多胞结构具有轻质、高比强和良好的能量吸收能力,在航天、高速列车、船舶等工程领域有着广泛的应用前景。本文设计了新型沙漏型多胞结构,采用3D打印技术制备了Al Si10Mg合金试件;分析了不同扫描速度和热处理工艺对打印试件力学性能的影... 详细信息

多胞结构具有轻质、高比强和良好的能量吸收能力,在航天、高速列车、船舶等工程领域有着广泛的应用前景。本文设计了新型沙漏型多胞结构,采用3D打印技术制备了Al Si10Mg合金试件;分析了不同扫描速度和热处理工艺对打印试件力学性能的影响;通过理论分析、数值模拟和实验测试,对3D打印沙漏形多胞结构的耐撞性进行研究。主要研究成果如下:(1)设计了新型沙漏型多胞结构,以获得稳定的变形模式和高比吸能,同时降低初始峰值力,利用3D打印技术完成了沙漏型多胞结构的制备,并对其进行了准静态压缩试验。(2)研究了打印速度对3D打印Al Si10Mg合金试件的密度、孔隙率、显微组织、硬度的影响,打印速度为1 m/s时,试样的各项评价指标较佳。对3D打印的试件进行了11种不同的热处理方案,电镜扫描发现热处理后合金中晶粒进一步成形,析出相汇聚变大,从而提升材料的各项力学性能。对试件进行500℃保温2 h、水淬后160℃保温6 h,空冷的热处理工艺后,试件延伸率由原来的4.28%增长为16.2%。(3)热处理后的沙漏形多胞结构准静态压缩过程中发生可控有序的变形,未出现开裂和破碎行为,有效压缩率由原来的33%提升为75%,吸能量由516.3 J提升到724.7 J。(4)使用ABAQUS有限元仿真软件建立了沙漏型多胞结构的仿真模型,研究了结构参数胞元直径比、胞元数量、胞元高度对多胞夹层结构耐撞性能的影响,发现胞元数量对比吸能影响不大;胞元直径比越大,比吸能越小;胞元直径比为0.7时,比吸能随胞元高度的升高而升高。图66幅,表16个,参考文献101篇

关键词：多胞结构耐撞性能 3D打印技术热处理工艺

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正六边形玻璃纤维增强复合材料多胞结构准静态压缩试验研究

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材料导报 2021年第S02期35卷 573-578页

作者：张奇张震东任杰南京理工大学机械工程学院南京210094

本工作以正六边形玻璃纤维增强复合材料多胞结构为研究对象,对两种壁厚的正六边形玻璃纤维多胞结构管进行准静态压缩试验,分析了多胞结构管的失效模式和吸能特性。结果表明:在准静态压缩过程中,多胞结构及单胞管均表现为渐进破坏模式,... 详细信息

本工作以正六边形玻璃纤维增强复合材料多胞结构为研究对象,对两种壁厚的正六边形玻璃纤维多胞结构管进行准静态压缩试验,分析了多胞结构管的失效模式和吸能特性。结果表明:在准静态压缩过程中,多胞结构及单胞管均表现为渐进破坏模式,单胞管在壁厚中间产生层间裂纹,裂纹不断扩展使胞元各边产生分层现象,外层向外卷曲扩展,内层向内卷曲扩展且相互挤压形成块状碎屑堆积在管孔,多胞结构管非粘接面在胞元壁厚中间分层,粘接面发生不同程度的脱粘开裂,并向粘接面两侧卷曲,粘接面的相邻面分层后,外层在向外卷曲扩展并相互挤压而发生一定角度的扭曲;多胞结构胞元数量和胞元壁厚对试件的压缩性能和吸能特性有显著影响,不同厚度的多胞结构在压缩过程中,几种多胞结构的实际平均载荷相比相对平均载荷提高了35.7%~77.5%;多胞结构的比吸能和胞元壁厚呈正相关,与胞元数量无明显相关性,本试验最小比吸能为42.5 J/g,最大比吸能为70.9 J/g。

关键词：玻璃纤维复合材料准静态压缩多胞结构吸能

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低强度胶粘接的玻璃纤维多胞结构准静态压缩试验研究

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青岛科技大学学报（自然科学版） 2022年第4期43卷 87-96页

作者：张奇张震东南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

模压成型工艺制备正六边形玻璃纤维管件,采用低强度胶(3MDP460)环氧树脂胶粘接成多胞结构试件,用万能试验机对其进行准静态压缩试验,分析了其压缩破坏模式和吸能特性。试验结果表明:准静态压缩过程中,玻璃纤维管件出现外翻、倾斜、脱粘... 详细信息

模压成型工艺制备正六边形玻璃纤维管件,采用低强度胶(3MDP460)环氧树脂胶粘接成多胞结构试件,用万能试验机对其进行准静态压缩试验,分析了其压缩破坏模式和吸能特性。试验结果表明:准静态压缩过程中,玻璃纤维管件出现外翻、倾斜、脱粘、纤维断裂的破坏形式及各种破坏形式的复合,随着厚度增加,试件还出现分层现象;加载过程中,试件普遍出现脱粘现象,实际平均压缩载荷普遍小于理论平均压缩载荷,但仍能观察到平均压缩载荷及峰值载荷随着胞元数量增加而增大,随胞元壁厚增加而增大;本试验最小比吸能为8.11 J·g^(-1),最大比吸能为32.27 J·g^(-1),且比吸能随壁厚增加而增加,与胞元数量无明显相关性。

关键词：多胞结构准静态压缩比吸能破坏模式

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