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eps泡沫及其夹层结构的球加载力学行为研究

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EPS泡沫及其夹层结构的球加载力学行为研究

作者：吴士兰华中科技大学

学位级别：硕士

多孔泡沫材料因其具有良好的力学性能和隔热、缓冲、隔音等多功能特性被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等工程领域。泡沫具有应力几乎保持不变的平台阶段,因而具有良好的能量吸收能力和抗冲击性能,常作为包装和能量吸收材料,应用于结... 详细信息

多孔泡沫材料因其具有良好的力学性能和隔热、缓冲、隔音等多功能特性被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等工程领域。泡沫具有应力几乎保持不变的平台阶段,因而具有良好的能量吸收能力和抗冲击性能,常作为包装和能量吸收材料,应用于结构安全防护和被动安全领域。泡沫材料具有广泛的应用前景,但目前对其大变形力学响应的研究还不够完善,这在一定程度上限制了其应用。本文旨在通过实验研究、数值模拟、理论分析,探究泡沫材料以及泡沫夹层结构在静动态球加载下的大变形力学行为和力学响应预测方法,研究内容及主要结论如下:1)通过压缩加载/卸载实验以及拉伸实验测得不同密度的聚苯乙烯(expanded polystyrene,eps)泡沫材料的力学性能参数,并借助实验结果,分析泡沫材料的力学性能与加载速率、泡沫密度等因素之间的关系。然后,研究eps泡沫块在静动态球加载实验过程中的局部凹陷变形和力学响应情况。2)借助非线性有限元软件LS-DYNA中的低密度泡沫模型对eps泡沫块的球加载实验过程进行模拟仿真,并将模拟结果与实验结果进行分析对比验证。采用验证的数值模型,参数化研究了加载球半径的影响。3)基于实验和数值模拟观察,提出了一个球加载泡沫变形的理论分析模型,可以预测泡沫在球加载过程中载荷响应情况。理论模型中将负载压力P设定为与压头位移相关的函数,这一改进使得理论模型能够在泡沫的密实化阶段给出更为准确的预测结果。对比分析表明,所提出的理论模型预测结果与实验结果、数值模拟结果均吻合良好。4)采用实验和数值方法,研究了以eps泡沫为芯体的夹层结构在球形压头加载过程中的变形机制以及力学响应情况。研究显示,相对于三种不同密度的泡沫而言,添加面板使其质量分别增加了70.5%、43.7%、35.3%,而能量吸收分别提升了124%、113%、176%。

关键词： eps泡沫能量吸收理论分析球加载夹层结构

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中高应变率下eps泡沫的冲击压缩实验

实验力学 2012年第4期27卷 480-485页

作者：徐沛保巫绪涛李和平合肥工业大学土木与水利工程学院工程力学系安徽合肥230009

用SHPB装置对三种密度的发泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,eps)材料进行了从300/s至1400/s共五个中高应变率下的冲击压缩实验。实验中采用波分离技术有效延长应力-应变曲线的测量范围,并简要介绍了其原理和具体实施办法。所有应变率... 详细信息

用SHPB装置对三种密度的发泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,eps)材料进行了从300/s至1400/s共五个中高应变率下的冲击压缩实验。实验中采用波分离技术有效延长应力-应变曲线的测量范围,并简要介绍了其原理和具体实施办法。所有应变率下均获得了含有弹性段、平台屈服段和压实段完整三阶段的应力-应变曲线。曲线的重复性较好,应变率基本恒定。实验结果表明,相同密度eps泡沫应力-应变曲线的屈服平台段长度随应变率的增加而增加,且趋于平缓。在相近应变率下,随eps泡沫的密度增加,屈服应力增加,而变形及吸能能力减弱。

关键词： eps泡沫可发性聚本乙烯 SHPB实验波分离技术中高应变率吸能

质量主体-eps泡沫-瓦楞纸板缓冲系统的有限元设计

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包装工程 2017年第17期38卷 139-142页

作者：葛露郑州航空工业管理学院郑州450000

目的为了简化复杂缓冲包装系统设计,拟建立质量主体-eps泡沫-瓦楞纸板有限元模型。方法利用eps泡沫宏观等效可压缩本构模型,同时采用瓦楞纸板薄壁壳结构,对复杂缓冲系统进行有限元计算。结果得到了符合实际的层状缓冲结构的变形及质量... 详细信息

目的为了简化复杂缓冲包装系统设计,拟建立质量主体-eps泡沫-瓦楞纸板有限元模型。方法利用eps泡沫宏观等效可压缩本构模型,同时采用瓦楞纸板薄壁壳结构,对复杂缓冲系统进行有限元计算。结果得到了符合实际的层状缓冲结构的变形及质量主体的加速度脉冲。结论该方法丰富了包装动力学的缓冲包装结构设计方法。

关键词： eps泡沫瓦楞纸板有限元分析

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单轴压缩下eps泡沫的力学性能试验研究

实验室研究与探索 2022年第11期41卷 49-52页

作者：邵成健徐永福杨同帅付苗上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为了研究尺寸效应和加载速率对eps泡沫力学性能的影响,在不同加载速率下,用液压伺服试验机对边长分别为50、100、200 mm的eps泡沫立方体试块进行单轴压缩试验:取得了不同尺寸、不同加载速率下eps泡沫的压缩应力—应变曲线;分析了试样尺... 详细信息

为了研究尺寸效应和加载速率对eps泡沫力学性能的影响,在不同加载速率下,用液压伺服试验机对边长分别为50、100、200 mm的eps泡沫立方体试块进行单轴压缩试验:取得了不同尺寸、不同加载速率下eps泡沫的压缩应力—应变曲线;分析了试样尺寸、加载速率对eps泡沫屈服强度、弹性模量等力学性质的影响。结果表明:eps泡沫在单轴压缩情况下其应力—应变曲线经历3个阶段(线弹性阶段、塑性屈服平台阶段、硬化阶段);同一尺寸的eps泡沫其屈服强度随加载速率的增加而不断增大,而初始弹性模量受加载速率影响较小;当加载速率不变时,eps泡沫的屈服强度和初始弹性模量均随尺寸增加而增加。

关键词： eps泡沫尺寸效应加载速率力学性能

公路棚洞eps回填层高应变率下缓冲性能研究

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山西建筑 2024年第15期50卷 135-138,142页

作者：苟瀹谂苟斌四川省交通勘察设计研究院有限公司四川成都610065 平昌县交通建设发展中心四川巴中636400

基于应变率函数的eps动态本构关系,通过基础力学实验对不同速率下特别是落石冲击应变率下山区公路棚洞顶部eps回填层抗压性能的计算,定性研究了eps泡沫材料的动态力学行为。观察到eps材料抗压力学性能随应变率提升而增强。通过线性拟合... 详细信息

基于应变率函数的eps动态本构关系,通过基础力学实验对不同速率下特别是落石冲击应变率下山区公路棚洞顶部eps回填层抗压性能的计算,定性研究了eps泡沫材料的动态力学行为。观察到eps材料抗压力学性能随应变率提升而增强。通过线性拟合,得到关于eps其厚度对其抗压性能的影响,在两者因素影响下,计算得到工程实际中最优的缓冲层配合比。

关键词： eps泡沫高应变率落石冲击吸能效率公路棚洞

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聚苯乙烯泡沫应力-应变模型及吸能性能研究

应用力学学报 2015年第3期32卷 430-434,7页

作者：胡俊韦璐安徽建筑大学土木工程学院合肥230601

试验研究了四种不同密度的聚苯乙烯eps泡沫材料单轴压缩下的应力-应变关系。在Gibson模型和Rusch模型基础上建立了eps泡沫单轴压缩下应力-应变关系模型,并对建立的模型中各参数分别进行了定义;通过对能量吸收图、吸能效率图、理想吸能... 详细信息

试验研究了四种不同密度的聚苯乙烯eps泡沫材料单轴压缩下的应力-应变关系。在Gibson模型和Rusch模型基础上建立了eps泡沫单轴压缩下应力-应变关系模型,并对建立的模型中各参数分别进行了定义;通过对能量吸收图、吸能效率图、理想吸能效率图的分析表明:在0.687MPaeps泡沫吸收的能量最大,当σ>1.038MPa时,吸收的能量随密度的增加而增加;四种密度的泡沫(28kg/m3、40kg/m3、55kg/m3、70kg/m3)在吸能能力最佳时的应力分别为0.396MPa、0.565MPa、0.866MPa、1.222MPa;密度为55kg/m3的eps泡沫最接近于理想吸能材料。

关键词： eps泡沫应力-应变吸能效率理想吸能效率

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复合泡沫保温板复合工艺研究

复合泡沫保温板复合工艺研究

作者：赵永芳长安大学

学位级别：硕士

聚苯乙烯泡沫塑料保温性能好、节能效率高，能消除墙体温度梯度、强度高、质地轻，但易燃，且燃烧放出有毒的烟雾，是建筑火灾的源头之一。酚醛泡沫塑料阻燃性能好、低烟低毒，但易掉粉、脆性大、泡沫延伸性能差。这两种主要的外墙保温... 详细信息

聚苯乙烯泡沫塑料保温性能好、节能效率高，能消除墙体温度梯度、强度高、质地轻，但易燃，且燃烧放出有毒的烟雾，是建筑火灾的源头之一。酚醛泡沫塑料阻燃性能好、低烟低毒，但易掉粉、脆性大、泡沫延伸性能差。这两种主要的外墙保温泡沫塑料在实际应用中均受到很大的限制。因此，本课题采用eps珠粒与酚醛树脂及其它助剂复合发泡新工艺，研究一种新型的集安全防火、节能保温、施工性好、耐久性强、力学性能优良且性价比较好为一体的复合泡沫保温塑料，从而为建筑外墙保温工程急需的即绿色节能保温又安全防火的材料提供一种新的产品。本文首先以单因素试验方法，探索研究并确定了eps/PF配比、表面活性剂、发泡剂、固化剂、聚乙二醇和模压成型温度的参数范围，找出其对复合泡沫保温板各项性能的影响规律。然后研究了搅拌工艺参数对复合泡沫保温塑料的影响规律，确定了最佳的搅拌工艺参数。实验结果表明：搅拌转速200rad/min、搅拌时间3min、混合时间为3min时制备的复合泡沫塑料性能相对最优。再通过正交实验进一步优化并找出最佳工艺参数。正交试验优选的最佳工艺为：模压成型温度为65℃、eps/PF配比为9:8、表面活性剂为6份、发泡剂为16份、固化剂添加量为22份。最优工艺制得的泡沫塑料性能为：导热系数0.02870w/m.k、表观密度110kg/m3、压缩强度为0.6095MPa、氧指数为35.3%、孔径285μm、掉渣率4.3%、吸水率2.9%。其次，通过SEM对复合泡沫的泡孔形貌进行观察，研究了复合泡沫塑料泡孔结构与性能的关系。结果表明，随着表观密度的增大，导热系数逐渐增加，抗压强度逐渐增加，泡孔孔径逐渐减小。而随着孔径的增大，导热系数增大，抗压强度显著降低。通过与酚醛泡沫塑料和eps泡沫塑料的性能比较，复合泡沫塑料容重较大，极限氧指数比酚醛泡沫塑料低，其他各项性能均优于酚醛泡沫塑料和eps泡沫塑料。最后，在满足复合泡沫保温塑料使用所需力学性能与阻燃性能的前提下，通过调整复合工艺，降低复合泡沫塑料表观密度，从而提高复合泡沫塑料保温性能，降低生产成本，得到一种性价比较高、具有市场竞争力的eps/PF复合泡沫保温塑料。结果表明：酚醛树脂用量25g，eps1000ml，大小珠粒配合比为1:1时制得的复合泡沫塑料抗压强度在0.1MPa以上，表观密度降为40kg/m3，成本降低了70%。对抗压强度要求较高时，可优选粉煤灰作为填料来增大复合泡沫保温板的抗压强度。且粉煤灰廉价易得，经济成本低。对氧指数要求较高时，可优选可膨胀石墨作为填料来增大复合泡沫保温板的氧指数。

关键词：复合泡沫材料酚醛泡沫 eps泡沫氧指数阻燃剂抗压强度

泡沫塑料散体颗粒在动态加载下的力学性质及其在冲击能量吸收中的应用

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泡沫塑料散体颗粒在动态加载下的力学性质及其在冲击能量吸收中的...

作者：晏红梅宁波大学

学位级别：硕士

作为一种包装材料,散体泡沫填充物在充填包装中发挥着重要的作用,尤其在包装一些小批量且形状复杂的产品方面,如稀有文物等。随着物流业的发展,对小批量产品包装的需求日益增多,填充材料的使用也越来越多,研究填充材料整体的力学性能及... 详细信息

作为一种包装材料,散体泡沫填充物在充填包装中发挥着重要的作用,尤其在包装一些小批量且形状复杂的产品方面,如稀有文物等。随着物流业的发展,对小批量产品包装的需求日益增多,填充材料的使用也越来越多,研究填充材料整体的力学性能及吸能机理具有重要的应用价值。国内外对于缓冲包装材料及各种泡沫塑料的缓冲吸能特性进行研究的学者很多,但是极少有人把散体填充物整体当作一个统一的研究对象进行深入分析,仅有个别学者对一些特定的颗粒填充物做过相关的实验报告。本文针对圆球形eps散体泡沫颗粒填充物,做了以下研究:首先对组成散体泡沫颗粒的原材料eps、单颗颗粒本身及大量颗粒整体分别进行了不同加载速率下的压缩实验,并对大量散体颗粒整体进行了落锤冲击实验。基于实验结果建立了原材料eps的本构关系,讨论了闭胞材料内部气体压力及应变率对原材料压缩力学性能的影响;然后从应用的角度建立了大量散体颗粒整体的本构模型,同时基于此模型分析了用此材料包装产品的跌落冲击响应,并与落锤实验结果进行了对比分析,同时对材料的能量吸收能力做了一定的评述。最后通过有限元方法研究了大量散体颗粒整体力学性能的影响因素。研究结果表明:原材料eps泡沫是一种典型的闭孔多胞材料,胞内气体压力对其应力应变关系的影响可用经典的Ashby模型来描述;同时和大多数高分子材料一样,它表现出明显的应变率效应。封闭容器中大量散体颗粒整体的力学性能表现出与木屑、碎纸等缓冲填充物的力-变形曲线类似的非线性弹性特征;可用正切型经验公式来描述。ABUQUS中的crushable foam加上从压缩应力应变曲线中得到的硬化数据,能很好地模拟eps闭胞多孔材料的压缩应力应变行为, crushable foam塑性模型中的屈服硬化实际上可以用闭胞材料胞内气体压力贡献来等效。对于大量散体泡沫颗粒整体来说,影响其压缩力学性能的主要因素是颗粒与颗粒之间的相互挤压和接触,而颗粒之间的缝隙气体则能在较短的时间内排除,对泡沫整体力学性能影响不大。

关键词： eps泡沫颗粒填充物闭胞材料压缩应力应变关系应变率效应气体压力贡献

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消失模铸造生产行星齿轮支架工艺

热加工工艺 2011年第11期40卷 46-49页

作者：张正彬张娜王建民孙洪超史家全安徽建筑工业学院机械与电气工程学院安徽合肥230011 合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009 合肥铸锻厂安徽合肥230001

以消失模铸造法生产球铁件行星齿轮支架为例,介绍了消失模铸造法的工艺过程和工艺参数。采用eps泡沫材料,经预发泡,熟化,成型发泡,浸涂料,烘干等工序制成浇注模样。与传统工艺相比,消失模铸造法具有铸件表面精度高,组织结构好,生产成本... 详细信息

以消失模铸造法生产球铁件行星齿轮支架为例,介绍了消失模铸造法的工艺过程和工艺参数。采用eps泡沫材料,经预发泡,熟化,成型发泡,浸涂料,烘干等工序制成浇注模样。与传统工艺相比,消失模铸造法具有铸件表面精度高,组织结构好,生产成本低,生产环境更清洁等优点。

关键词：消失模铸造球墨铸铁行星齿轮支架 eps泡沫