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泡沫铝夹芯结构油罐车罐体研究

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2018年第1期37卷 154-158页

作者：于英华陈宇陈玉明刘明辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

为提高油罐车的节能性、环保性和安全性,以某油罐车罐体为设计原型,以轻量化为前提,以满足刚度和强度为约束条件,设计泡沫夹芯结构油罐车罐体.然后,利用ANSYS软件对两种结构油罐车罐体的静态性能、动态特性及保温隔热性进行仿真分析.结... 详细信息

为提高油罐车的节能性、环保性和安全性,以某油罐车罐体为设计原型,以轻量化为前提,以满足刚度和强度为约束条件,设计泡沫夹芯结构油罐车罐体.然后,利用ANSYS软件对两种结构油罐车罐体的静态性能、动态特性及保温隔热性进行仿真分析.结果表明,泡沫夹芯结构油罐车罐体不仅可实现油罐车轻量化达到节能减排的目的,而且可显著提高油罐车的安全性.

关键词：泡沫铝夹芯结构油罐车罐体静态特性动态特性隔热性

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泡沫铝夹芯结构高速移动工作台研究

机械设计 2012年第3期29卷 65-68页

作者：徐平肖振于英华马有松辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

为满足高速、超高速加工对机床移动工作台轻质高动态性能的要求,设计了以铸铁为面板、泡沫铝为芯体材料的夹芯结构移动工作台,并利用有限元分析软件研究了该工作台的静、动态特性。研究结果表明与传统铸铁材料工作台相比,泡沫铝夹芯结... 详细信息

为满足高速、超高速加工对机床移动工作台轻质高动态性能的要求,设计了以铸铁为面板、泡沫铝为芯体材料的夹芯结构移动工作台,并利用有限元分析软件研究了该工作台的静、动态特性。研究结果表明与传统铸铁材料工作台相比,泡沫铝夹芯结构移动工作台具有质量轻、固有频率高、谐振响应幅值低等特点,从而证明了泡沫铝夹芯结构工作台在高速、超高速加工中应用的可行性和优越性。

关键词：泡沫铝夹芯结构轻质动态特性

泡沫铝夹芯结构在油气爆炸荷载作用下的抗爆性能试验研究

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中国测试 2020年第9期46卷 136-142页

作者：何秋霖石少卿赵启明蒋新生隋顺彬梁建军陆军勤务学院军事设施系重庆401331 陆军勤务学院火灾与爆炸安全防护重庆市重点实验室重庆401331

为研究泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减性能及影响其性能的因素,设计一种试验测试系统。在模拟坑道内,点燃混合均匀的油气混合物获取爆炸荷载,并通过调节油气浓度比例来控制爆炸荷载大小,对油气爆炸荷载作用下泡沫铝夹芯结构的防... 详细信息

为研究泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减性能及影响其性能的因素,设计一种试验测试系统。在模拟坑道内,点燃混合均匀的油气混合物获取爆炸荷载,并通过调节油气浓度比例来控制爆炸荷载大小,对油气爆炸荷载作用下泡沫铝夹芯结构的防护性能进行定量分析。结果表明,当泡沫铝芯层厚度≥10 mm时,泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减效果优于实体金属结构;泡沫铝夹芯结构对油气爆炸冲击波的衰减效果随芯层厚度的增加而提升,但衰减效率呈逐渐减小趋势,试验得出的芯层最优厚度下限为16 mm。

关键词：防灾减灾工程及防护工程泡沫铝夹芯结构油气爆炸冲击波

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泡沫铝夹芯结构装甲车底板设计与性能分析

兵器材料科学与工程 2021年第4期44卷 45-51页

作者：于英华要金龙沈佳兴高文硕黎文利辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

为提高装甲车越野机动性、安全防护和乘坐舒适性,取某U型截面装甲车底板为原型,设计泡沫铝夹芯底板,简化理想空气中地雷爆炸冲击波曲线,得到用于装甲车底板爆炸冲击仿真等效压力波数学模型,用多目标优化设计优化泡沫铝夹芯底板,用ANSYS... 详细信息

为提高装甲车越野机动性、安全防护和乘坐舒适性,取某U型截面装甲车底板为原型,设计泡沫铝夹芯底板,简化理想空气中地雷爆炸冲击波曲线,得到用于装甲车底板爆炸冲击仿真等效压力波数学模型,用多目标优化设计优化泡沫铝夹芯底板,用ANSYS有限元仿真软件,对原型结构和优化后泡沫铝夹芯底板在地雷爆炸载荷作用下的变形、应变、应力、吸能性及地雷爆炸产生的噪声车内声场强度仿真,进行对比分析。结果表明:相较于原型底板,泡沫铝夹芯底板的最大变形、应变、应力、声场强度、质量均有不同程度降低,吸能总量显著提高。证明泡沫铝夹芯底板对增强装甲车越野机动性、安全防护性和乘坐舒适性有效。

关键词：泡沫铝夹芯结构装甲车底板优化设计爆炸冲击性隔声降噪性仿真分析

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泡沫铝夹芯结构油罐车罐体研究

泡沫铝夹芯结构油罐车罐体研究

作者：刘明辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着汽车保有量的不断增加,汽车制造不断向着节能、安全、环保等方向发展。由于泡沫铝具有密度小、高比强、良好的吸能、减振、隔热、吸声、可回收利用等性能,以其为夹芯层的夹芯结构在提高结构的轻质性、抗振性、碰撞吸能性和隔热性方... 详细信息

随着汽车保有量的不断增加,汽车制造不断向着节能、安全、环保等方向发展。由于泡沫铝具有密度小、高比强、良好的吸能、减振、隔热、吸声、可回收利用等性能,以其为夹芯层的夹芯结构在提高结构的轻质性、抗振性、碰撞吸能性和隔热性方面具有很大的优越性。罐体在油罐汽车中起着重要的作用,实现该件的轻质性,高动态特性和隔热性对于提高整车的节能、环保、安全具有重要的作用,为此研究泡沫铝夹芯结构油罐车罐体的设计有重要的理论和现实意义。本文主要内容如下:分析油罐车罐体设计时应满足的要求及现有油罐车罐体的主要类型、结构特点及适用场合,选取泡沫铝夹芯结构油罐车罐体的设计原型。以轻量化为前提,以满足刚度和强度为约束条件,依据原型油罐车罐体的主要性能要求和泡沫铝的特点设计泡沫铝夹芯结构油罐车罐体。分别对两种油罐车罐体的静态特性进行有限元仿真分析,得出其在承受相同载荷时的应力、应变云图。对比分析结果证明泡沫铝夹芯结构油罐车罐体在满足静态性能要求方面的可行性和优越性。分别对两种结构油罐车罐体的动态(模态)性能进行有限元仿真分析,对比分析结果证明泡沫铝夹芯结构油罐车罐体在提高罐体乃至整车减振性方面的可行性和优越性。对原型结构和泡沫铝夹芯结构油罐车罐体的隔热性能和热应力进行对比分析,证明泡沫铝夹芯结构油罐车罐体在提高油罐车隔热性和安全性方面的有效性。通过如上研究,最终证明泡沫铝夹芯结构油罐车罐体在提升油罐车的安全性、环保性和节能性方面具有较大的优势。

关键词：泡沫铝夹芯结构油罐车罐体静态特性模态分析隔热性热应力

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泡沫铝夹芯结构抗冲击性能研究

泡沫铝夹芯结构抗冲击性能研究

作者：刘亚栋东北大学

学位级别：硕士

泡沫铝夹芯结构的特点是轻质、高比强度、高比刚度,并具有良好的冲击波散射能力。泡沫铝夹芯结构作为一种优良的缓冲吸能和冲击防护结构,将会在航空航天、军事装备等领域得到广泛应用。因此,研究泡沫铝夹芯结构在集中载荷下的力学行为... 详细信息

泡沫铝夹芯结构的特点是轻质、高比强度、高比刚度,并具有良好的冲击波散射能力。泡沫铝夹芯结构作为一种优良的缓冲吸能和冲击防护结构,将会在航空航天、军事装备等领域得到广泛应用。因此,研究泡沫铝夹芯结构在集中载荷下的力学行为具有重要意义。然而,国内外对泡沫铝夹芯结构的性能研究还多以静态和低速撞击为主,对中高速冲击下的性能研究相对较少。本文以此为基础,重点研究泡沫铝夹芯结构抗中高速冲击时的性能。本文将霍普金森压杆改装为一级轻气炮后,对泡沫铝夹芯结构开展了冲击速度在200～500m/s范围内的冲击实验。在常用定性表征方法的基础上,引入PVDF压电传感器,定量地研究冲击载荷下,泡沫铝芯层以及芯部多层泡沫铝夹芯结构对应力波的作用。初步探索了不同实验条件下（面板厚度、面板种类、弹丸速度）,泡沫铝夹芯结构的抗冲击性能。主要研究结果如下:（1）利用PVDF压电传感器得到了有效的应力时程曲线,证实了 PVDF压电传感器在中高速冲击实验中应力测量的可行性。（2）研究了不同面板厚度、面板种类以及弹丸速度等条件下泡沫铝夹芯结构的抗冲击性能。结果表明:增加面板厚度或选择更高强度的材料作为面板,都有利于扩大冲击变形区域,进而使得面板下方的泡沫铝芯层更大范围地发生变形,从而有利于对冲击应力的分散。由于泡沫铝的应变率效应,增加弹丸冲击速度,泡沫铝芯层所消耗的冲击能量也相应增加。（3）泡沫铝夹芯结构硬-软-硬的结构布置,使得应力波在由高声阻抗面板向低声阻抗泡沫铝传播时发生较强的反射,而透射进入泡沫铝的应力波强度较小,从而达到了衰减应力波的目的;在泡沫铝内部,不同位置的胞孔存在压缩弯曲、脆性断裂、胞孔表面开裂和断裂孔壁之间的剪切、摩擦等四种主要能量耗散机制;另外,由于气相的存在,应力波在基体中传播时,同样经历了由高阻抗铝基体向低阻抗气相传播的过程,从而使得应力波在铝-气相界面处反复向四周分散,传感器接收到的信号便大幅衰减。（4）泡沫夹芯的组合形式对应力波的传播影响显著。泡沫铝夹芯厚度相同时,多层泡沫铝夹芯所能达到的应力波峰值衰减率大于单层夹芯。较之单层夹芯结构,由于芯层间大界面的引入,多层夹芯的变形/失效模式更为复杂,主要表现为各层间由于弹丸挤压而相互摩擦,该机制一定程度上将应力波沿泡沫铝平面分散,从而有利于胞孔参与吸能。

关键词：泡沫铝夹芯结构一级轻气炮冲击性能应力衰减变形/失效模式

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泡沫铝夹芯结构的疲劳性能试验研究

泡沫铝夹芯结构的疲劳性能试验研究

作者：荆传贺长安大学

学位级别：硕士

泡沫铝材料具有优良的能量吸收、电磁屏蔽、隔音降噪等性能,广泛应用于航天、建筑、汽车等领域。纯泡沫铝材料强度不高,不适合作为结构构件,但是和致密金属结合组成的泡沫铝夹芯结构具有致密金属和泡沫铝的双重性能,结构和功能一体化,... 详细信息

泡沫铝材料具有优良的能量吸收、电磁屏蔽、隔音降噪等性能,广泛应用于航天、建筑、汽车等领域。纯泡沫铝材料强度不高,不适合作为结构构件,但是和致密金属结合组成的泡沫铝夹芯结构具有致密金属和泡沫铝的双重性能,结构和功能一体化,应用范围更大。目前,对泡沫铝夹芯结构的研究主要为准静态力学性能和冲击性能,但在实际应用中,该结构会经受振动和疲劳载荷,而有关对泡沫铝夹芯结构疲劳性能的研究较少,所以探索泡沫铝夹芯结构的疲劳性能十分迫切。本文以试验研究为主,使用高频疲劳试验机研究了泡沫铝夹芯结构的疲劳性能。(1)通过试验对不同组合泡沫铝夹芯结构的准静态力学性能进行了研究,得到不同结构的承载能力,同时研究了面板厚度、芯体密度对钢面板、铝面板泡沫铝夹芯结构峰值载荷的影响,为疲劳寿命试验奠定了基础。试验结果表明,钢面板、铝面板泡沫铝夹芯结构的峰值载荷随着面板厚度、芯体密度的不同有着较大差异;(2)试验研究了铝面板、钢面板泡沫铝夹芯结构在三点弯曲加载条件下的疲劳寿命,分析了面板厚度、芯体密度对泡沫铝夹芯结构的失效模式、疲劳寿命的影响。结果表明:铝面板泡沫铝夹芯结构的疲劳寿命随着芯体密度的增加而增加,但是与面板厚度的关系不明显。与铝面板泡沫铝夹芯结构相比,面板厚度和芯体密度的增加都会致使钢面板泡沫铝夹芯结构疲劳寿命的增加;(3)分析了不同面板厚度和不同芯体密度的铝面板、钢面板泡沫铝夹芯结构在三点弯曲加载条件下的失效模式,结果表明:铝面板泡沫铝夹芯结存在两种失效模式,分别为表面凹陷和芯体剪切,只有较薄铝面板会出现表面凹陷失效。而钢面板泡沫铝夹芯结构仅仅出现了芯体剪切失效;(4)在不同应力水平下对钢面板泡沫铝夹芯结构进行三点弯曲疲劳试验,采用单点法建立了S-N曲线,分析了不同应力水平对该结构的影响。基于极大似然法建立泡沫铝夹芯结构的p-S-N曲线,分析不同可靠度下面板厚度和芯体密度对疲劳寿命的影响。

关键词：泡沫铝夹芯结构三点弯曲试验疲劳寿命 p-S-N曲线失效模式

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泡沫铝夹芯结构抗冲击性能研究

泡沫铝夹芯结构抗冲击性能研究

作者：胡钰彬太原科技大学

学位级别：硕士

泡沫铝是一种轻质的多孔结构金属材料,具有优良的综合性能,是目前最具有潜力新型功能材料,然而由于其自身强度不高,在许多应用领域都受到限制。将其组成泡沫铝夹芯板结构后,不仅保留了泡沫金属的优点,还进一步增强了整体结构的刚性、耐... 详细信息

泡沫铝是一种轻质的多孔结构金属材料,具有优良的综合性能,是目前最具有潜力新型功能材料,然而由于其自身强度不高,在许多应用领域都受到限制。将其组成泡沫铝夹芯板结构后,不仅保留了泡沫金属的优点,还进一步增强了整体结构的刚性、耐冲击性和多功能性,更加具有发展前景。本文基于泡沫铝夹芯结构防冲击场景的应用,利用Voronoi软件建立了泡沫铝夹芯板模型,用ABAQUS对泡沫铝夹芯结构的抗冲击性能进行了模拟试验。研究了泡沫铝夹芯结构主要参数孔隙率、面板厚度、面板材质、基体材质对泡沫铝夹芯结构抗冲击性能的影响;研究了主要加载参数冲头速度、角度、形状对泡沫铝夹芯结构破坏形式的影响。最后进行了实验验证,验证结果表明实验获得的承载力-时间曲线变化情况以及性能指标与模拟试验结果基本一致,说明模拟仿真分析具有一定的准确性和可行性。模拟试验结果可以为设计具有更佳冲击抗性和轻量化特性的泡沫铝夹层结构提供新的理解和依据。主要研究内容与结论:(1)通过了解Voronoi原理,编写代码获得Voronoi泡沫铝几何模型,再通过Hypermesh与ABAQUS联合使用获得划分网格后的泡沫铝有限元模型。(2)对建立的泡沫铝夹芯结构进行了抗冲击模拟试验,对泡沫铝夹芯结构整体的冲击的变形过程与破坏模式进行了研究。探究了泡沫铝夹芯结构通过改变孔隙率、面板厚度、面板材质、基体材质的情况下,泡沫铝夹芯结构抗冲击性能的承载力与吸能情况变化,结果表明通过将孔隙率降低、将结构变为上板薄下板厚、将下板变为优质吸能材料时整体的抗冲击能力更加优秀;再通过对子弹冲头的速度、角度、形状进行变化来探究泡沫铝夹芯结构的抗冲击性能,结果发现泡沫铝夹芯结构对更大速度、更大角度的锥形子弹冲头的抗冲击性能更强。(3)通过Voronoi建立了梯度泡沫铝几何模型,对梯度泡沫铝夹芯模型分别进行了正梯度方向与负梯度方向的冲击模拟试验。结果表明:负梯度泡沫铝夹芯在冲击状态时能得到更大的峰值承载力但冲击过程相对较短;正梯度泡沫铝夹芯在冲击状态时整体承载力相对平稳且能够吸收更多的能量,但其峰值承载力较小。(4)使用熔体发泡法制备泡沫铝,获得泡沫铝夹芯结构。然后进行验证实验,实验获得的承载力-时间曲线变化情况以及性能指标与模拟试验结果基本一致,证明采用的模拟结构模型是准确的。

关键词：泡沫铝夹芯结构有限元模拟冲击性能弹丸 Voronoi ABAQUS

泡沫铝夹芯结构油罐车罐体优化设计及其关键性能分析

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泡沫铝夹芯结构油罐车罐体优化设计及其关键性能分析

作者：陈宇辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

近年来,罐式危险货物运输车辆碰撞引发的二次特重大交通事故,给国家和人民群众生命财产造成重大损失,成为道路运输管理面临的突出问题,引起了行业管理部门的高度重视和社会各界的广泛关注。为此研究提高油罐碰撞安全性逐渐成为国内外关... 详细信息

近年来,罐式危险货物运输车辆碰撞引发的二次特重大交通事故,给国家和人民群众生命财产造成重大损失,成为道路运输管理面临的突出问题,引起了行业管理部门的高度重视和社会各界的广泛关注。为此研究提高油罐碰撞安全性逐渐成为国内外关注的课题。由于泡沫铝具有密度小、高比强、良好的吸能、减振、可回收利用等性能,以其为夹芯层的夹芯结构在提高结构的轻质性、抗振性、碰撞吸能性方面具有很大的优越性。罐体在油罐汽车中起着重要的作用,实现该件的轻质性,高动态特性和碰撞安全性对于提高整车的节能、环保、安全具有重要的作用,为此研究泡沫铝夹芯结构油罐车罐体的优化设计及关键性能分析有重要的理论和现实意义。本文主要研究内容如下:分析现有油罐车罐体的主要类型及相关设计要求,选取泡沫铝夹芯结构油罐车罐体的设计原型初步设计泡沫铝夹芯结构罐体,并根据等刚度原则选取泡沫铝夹芯结构罐体三个参数的设计范围。对选取的原型罐体结构依据相关法则进行静态分析,得到的原型罐体结构静态特性作为泡沫铝夹芯结构油罐车罐体优化目标的限定范围,利用MOGA遗传算法作为优化方法对泡沫铝夹芯结构油罐车罐体进行多目标驱动优化,得到优化圆整后的泡沫铝夹芯结构罐体在满足刚度和强度的同时,使其最终质量能够减轻,以实现轻量化。对两种结构油罐车罐体的动态(模态)性能在考虑有无预应力的情况下进行分析,对比分析结果证明泡沫铝夹芯结构油罐车罐体在提高罐体乃至整车减振性方面的可行性和优越性。对原型结构罐体及泡沫铝夹芯结构油罐车罐体的碰撞安全性进行对比分析,证明泡沫铝夹芯结构油罐车罐体在提高油罐车碰撞安全性,避免减少经济损失,保证人民生命财产安全方面的有效性。通过如上研究,最终证明将泡沫铝这种新型材料应用于油罐车罐体对提升油罐车的安全性、环保性和节能性方面的有效性。

关键词：油罐车罐体泡沫铝夹芯结构优化设计动态特性碰撞安全性