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X型点阵夹芯结构受局部冲击时动态力学性能试验与数值模拟

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3641-3651页

作者：程树良吴灵杰孙帅杨硕辛亚军燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室秦皇岛066004 燕山大学河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室秦皇岛066004

利用落锤冲击试验研究了X型点阵夹芯结构局部冲击动态特性,并分析了不同参数对其冲击性能的影响。结果表明,冲击失效过程大致经历整体受力、上面板破坏、下面板受力强化和下面板破坏四个典型阶段,冲击速度和面板厚度对X型点阵夹芯结构... 详细信息

利用落锤冲击试验研究了X型点阵夹芯结构局部冲击动态特性,并分析了不同参数对其冲击性能的影响。结果表明,冲击失效过程大致经历整体受力、上面板破坏、下面板受力强化和下面板破坏四个典型阶段,冲击速度和面板厚度对X型点阵夹芯结构的冲击极限荷载和吸能量影响较大,芯子厚度对X型点阵夹芯结构的冲击极限荷载和吸能量影响较小,而芯子角度对X型点阵夹芯结构的冲击极限荷载和吸能量有一定影响。利用有限元对X型点阵夹芯结构的局部冲击动态行为进行了数值模拟,通过破坏形态和荷载-时间曲线的对比分析验证了有限元模型的可靠性。

关键词： X点阵结构夹芯结构局部冲击动态性能数值模拟

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局部冲击下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为与吸能机理

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导弹与航天运载技术（中英文） 2022年第5期 126-131页

作者：薛普秦绪国苏伟公鑫邓健北京航天长征飞行器研究所北京100076 北京航空航天大学北京100191 机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室南京210016

由于复合材料夹芯结构在局部冲击作用下会产生多种破坏模式,降低结构的承载能力,建立基于物理机制的失效分析方法和损伤模型,研究局部冲击作用下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为,并与试验结果进行对比分析。结果表明,随着冲击能量的改变... 详细信息

由于复合材料夹芯结构在局部冲击作用下会产生多种破坏模式,降低结构的承载能力,建立基于物理机制的失效分析方法和损伤模型,研究局部冲击作用下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为,并与试验结果进行对比分析。结果表明,随着冲击能量的改变,冲击力、下面板中心位移均会呈现出不同的变化趋势。进一步研究了不同能量下多次冲击的结构响应。研究表明,芯材的抗冲击能力较弱,下面板承受了较多次冲击,且随着冲击能量的增加,重复冲击的破坏次数大大降低。

关键词：蜂窝夹芯结构有限元局部冲击多次冲击冲击损伤

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原位效应影响下复合材料损伤抗性增强研究

中南大学学报(自然科学版) 2024年第6期 2348-2358页

作者：袁可徐晨晨王中钢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

为研究轻量化碳纤维复合材料抗损伤尤其是抗分层能力增强策略，首先对复合材料原位横向拉伸和剪切强度进行参数化分析，指明材料薄层化后能提升材料的原位强度并改善其抗损伤性能。然后，通过短梁弯曲试验分析得到面外载荷作用下基体裂... 详细信息

为研究轻量化碳纤维复合材料抗损伤尤其是抗分层能力增强策略，首先对复合材料原位横向拉伸和剪切强度进行参数化分析，指明材料薄层化后能提升材料的原位强度并改善其抗损伤性能。然后，通过短梁弯曲试验分析得到面外载荷作用下基体裂纹扩展是导致层合板内部分层的重要原因，并构建基于经典Hashin准则和考虑原位效应的材料损伤模型，运用该材料模型对短梁弯曲失效行为开展仿真分析。最后，将该损伤模型和材料强化方案推广应用至局部冲击载荷下层合板损伤分析中。研究结果表明：当正交铺层短梁的单层厚度减少到原来的1/4时，其弯曲强度显著提升48%，结构失效位移也显著变大；层间分层被抑制和结构强度提升的原因在于基体中裂纹萌生和扩展被显著推迟。在相同冲击载荷下，薄层化层合板内部分层区域明显减小，表明薄铺层设计方案提升了碳纤维复合材料层合板局部冲击分层抗性。

关键词：碳纤维复合材料原位强度薄铺层分层损伤局部冲击

局部冲击下复合材料内凹蜂窝结构动态响应及失效机理研究

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局部冲击下复合材料内凹蜂窝结构动态响应及失效机理研究

作者：曾威华中科技大学

学位级别：硕士

具有负泊松比效应的内凹蜂窝结构为舰船防护结构的设计提供了一种新型结构形式。将碳纤维增强复合材料应用到内凹蜂窝结构上,形成了结构-功能一体化的新型复合结构,符合现代船舶结构轻量化和快速性的设计要求。本文对碳纤维增强复合材... 详细信息

具有负泊松比效应的内凹蜂窝结构为舰船防护结构的设计提供了一种新型结构形式。将碳纤维增强复合材料应用到内凹蜂窝结构上,形成了结构-功能一体化的新型复合结构,符合现代船舶结构轻量化和快速性的设计要求。本文对碳纤维增强复合材料内凹蜂窝结构的设计、制备、弯曲力学性能以及抗冲击响应展开了研究。主要研究内容如下:(1)基于功能梯度材料的设计概念,提出了正梯度、均匀和负梯度三种不同壁厚梯度的复合材料内凹蜂窝结构。通过模具热压和粘接成型工艺制备了碳纤维增强复合材料内凹蜂窝结构。对复合材料内凹蜂窝结构开展了三点弯曲实验,得到了结构的载荷-位移曲线和失效模式,分析了相对密度和壁厚梯度形式对结构弯曲性能的影响。结果表明,结构的弯曲失效载荷和载荷/位移比值随着相对密度的增大而显著增大。对复合材料内凹蜂窝结构进行壁厚负梯度形式设置能够在一定程度上减小结构的失效破坏,但是弯曲性能没有得到有效提升。(2)通过开展泡沫铝弹体高速撞击实验,对不同相对密度的复合材料内凹蜂窝结构进行局部冲击载荷下的抗冲击性能研究。获得了不同冲量载荷下结构的典型失效模式,主要包括前面板的分层、纤维断裂和基体开裂失效,芯层压溃导致的胞元分层和纤维断裂失效,后面板在弯曲拉伸下引起的分层失效等。探究了冲击强度、相对密度对结构动态响应及失效模式的影响。结果表明,随着相对密度的增大,芯层和后面板的破坏程度减小,结构的整体响应增强。在结构完全失效前,后面板中心的最大横向变形随着无量纲冲量的增加而线性增大。增加结构的相对密度能够有效地减小后面板的最大横向变形,提高结构的抗冲击性能。采用渐进损伤模型,对局部冲击载荷下结构的动态力学行为进行了数值模拟研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好。(3)通过对不同壁厚梯度的复合材料内凹蜂窝结构开展泡沫弹撞击实验和数值模拟分析,获得了梯度结构在局部冲击载荷下的动态响应过程和失效行为。研究了梯度形式对复合材料内凹蜂窝结构在局部冲击载荷作用下抗冲击性能的影响。结果表明,对结构进行壁厚梯度设置能够减小后面板的最大横向变形,降低失效破坏程度,提高其抗冲击性能。壁厚负梯度分布的内凹蜂窝结构相比于正梯度结构具有更好的承载能力,并且随着冲击载荷强度的增大,抗冲击性能优势更加明显。

关键词：复合材料内凹蜂窝结构局部冲击动态响应失效机理

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桥梁伸缩缝局部冲击荷载的模型实验

桥梁伸缩缝局部冲击荷载的模型实验

第24届全国结构工程学术会议

作者：章伟林云丁勇张晓东宁波大学桥梁工程结构动力学国家重点实验室

车辆通过桥梁伸缩缝时的冲击荷载是伸缩缝结构损坏的主要原因,该文制作了1:30的桥梁伸缩缝跳车缩尺实验模型,对模型车辆通过模型桥梁时的冲击荷载进行了实测。以冲击系数作为轮压冲击荷载的评价指标,讨论了冲击荷载的影响因素。实验结... 详细信息

车辆通过桥梁伸缩缝时的冲击荷载是伸缩缝结构损坏的主要原因,该文制作了1:30的桥梁伸缩缝跳车缩尺实验模型,对模型车辆通过模型桥梁时的冲击荷载进行了实测。以冲击系数作为轮压冲击荷载的评价指标,讨论了冲击荷载的影响因素。实验结果表明,桥梁伸缩缝跳车的局部冲击荷载明显,该冲击荷载与行车速度、伸缩缝宽度有关。

关键词：缩尺模型实验研究局部冲击桥梁伸缩缝

来源： cnki会议评论

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TSP折叠芯结构抗冲击性能研究

TSP折叠芯结构抗冲击性能研究

作者：方锐广州大学

学位级别：硕士

本文主要针对TSP(Truncated Pyramid Square)折叠芯作为芯层的三明治结构和覆层结构在局部冲击载荷作用下的抗冲击性能和防护性能进行了研究。首先通过准静态压溃实验,比较不同TSP折叠芯单元边界的固定方式,在不影响构件压溃行为的前提... 详细信息

本文主要针对TSP(Truncated Pyramid Square)折叠芯作为芯层的三明治结构和覆层结构在局部冲击载荷作用下的抗冲击性能和防护性能进行了研究。首先通过准静态压溃实验,比较不同TSP折叠芯单元边界的固定方式,在不影响构件压溃行为的前提下,确定了经济、加工方便且符合实际工程应用的边界来固定TSP折叠芯结构。通过有限元分析软件LS-DYNA建立准静态面外加载条件下的TSP折叠芯单元数值模型,并通过对比准静态压溃实验结果,对有限元模型进行了验证。将验证好的数值模型用于研究动态压溃条件下TSP折叠芯单元的动态响应和失效机理。研究发现,在1m/s-20m/s的速度范围内,TSP折叠芯单元的能量吸收性能和平均应力表现出对加载速率不敏感的特性。作为三明治结构时,在不同速度的冲击情况下,与相同质量和相同芯层高度的泡沫铝结构相比,TSP折叠芯结构有着更小的背板最大位移和残余位移,抵抗变形能力更强。作为覆层结构时,在20m/s冲击速度作用时TSP折叠芯覆层结构比相同质量和相同芯层高度泡沫铝结构的背板峰值传递力更小。最后,本文分析了不同弹头参数与冲击位置等冲击作用下,TSP折叠芯三明治结构以及TSP覆层结构的动力学响应与相对应的防护性能和能量吸收。研究发现,对于TSP折叠芯三明治结构,随着冲击速度增加,结构背板中心的最大位移和残余位移随之增加。且在25m/s-35m/s冲击速度范围内,由于半球状弹头与结构接触面积更小,荷载更集中,结构背板产生的变形比平头状弹头作用时更大。对于TSP折叠芯覆层结构,由于平头状弹头冲击作用时接触面积比半球状弹头大,其作用在结构时产生的接触刚度更大,接触持续时间更短。不同位置力传感的传递力与覆层结构芯层的压实程度和冲击位置到传感器的距离有关。TSP折叠芯覆层结构芯层的压实程度越大,冲击位置到传感器的距离越近,传递力越大。

关键词：折叠芯局部冲击三明治结构覆层结构抗冲击性能防护性能

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晃荡机理及荷载特性的实验研究

晃荡机理及荷载特性的实验研究

作者：周茂夫大连理工大学

学位级别：硕士

针对海洋工程和航空航天领域,晃荡问题的研究主要集中以下三个方面：模型实验研究、晃荡局部冲击以及晃荡整体荷载。本文针对以上三个问题进行了系统的综述,并分别针对自由液面的相似关系、低载液率下的局部冲击和大幅晃荡下的整体荷载... 详细信息

针对海洋工程和航空航天领域,晃荡问题的研究主要集中以下三个方面：模型实验研究、晃荡局部冲击以及晃荡整体荷载。本文针对以上三个问题进行了系统的综述,并分别针对自由液面的相似关系、低载液率下的局部冲击和大幅晃荡下的整体荷载开展实验研究。论文主要工作和研究结论归纳如下。(1)自由液面的相似关系研究采用弗劳德相似准则设计了三个不同比尺的GTT八边形二维液舱,分析了在20%载液率和横荡单次冲击激励下的模型实验结果。讨论了在液体冲击侧壁过程中,波高时程出现双峰现象,并对不同比尺的液舱中该双峰现象的差异进行解释;另外对不同尺寸液舱中的流场进行分析,得出模型液舱中波高的相似关系与液舱比尺有关,液舱尺寸较大时,波高幅值近似符合弗劳德相似关系,而液舱尺寸较小时,由于粘性力的影响,根据弗劳德相似还原到原型的结果偏小;最后分析了波高回落时间与弗劳德相似准则的关系。上述研究可以为模型实验的设计提供有益的参考。(2)低载液率下的晃荡局部冲击研究针对低载液率下的液体晃荡冲击机理和荷载分布规律,本文开展了载液率h/H=0.125,横荡简谐激励下的晃荡冲击实验,实验频率包含由理论推导的最低三阶固有频率。通过对波高和高速视频数据的分析,对多种典型的低载液率下的自由液面波形进行了分析;另外结合不同频率下的冲击压力分布,得出最剧烈的液体晃荡出现在一阶频率附近,其中最大波高出现在σ/σ1*=1.13附近,而最大冲击压力出现在σ/σ1*=1.2附近。而当无量纲激励频率σ/σ1*>1.41以后,晃荡冲击次数急剧减少;此外对冲击压力在侧壁的空间分布进行了分析,得出在一阶固有频率附近最大冲击压力发生在自由液面附近,侧壁冲击位置随激励频率增加而升高,并且该冲击位置对激励频率敏感。(3)大幅晃荡的整体荷载研究针对飞行器燃料舱的晃荡问题开展了不同载液率,不同激励频率和不同激励幅值下模型实验研究,并结合高速视频对椭球罐液舱的晃荡物理现象进行分析。通过将实验数据与数值仿真和等效力学模型进行对比,讨论了数值仿真和等效力学模型的局限性。另外结合物理现象分析了晃荡整体力的分布规律。该工作可以为优化等效力学模型和晃荡整体力的实验设计提供参考。

关键词：晃荡模型实验相似关系局部冲击整体荷载