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泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏模式分析

西安交通大学学报 2014年第11期48卷 37-43页

作者：韩宾文灿于渤倪长也秦科科张钱城卢天健慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院广东佛山528300 东莞市永强汽车制造有限公司广东东莞523407

为了提高波纹夹芯结构作为高铁车厢或油罐车罐体容器外壳在面内压缩载荷下的结构稳定性,提出了在波纹芯体空隙中填充聚酯泡沫的设想,理论研究了泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏行为,同时对面内压缩破坏进行了数值有限元验证。泡沫填... 详细信息

为了提高波纹夹芯结构作为高铁车厢或油罐车罐体容器外壳在面内压缩载荷下的结构稳定性,提出了在波纹芯体空隙中填充聚酯泡沫的设想,理论研究了泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏行为,同时对面内压缩破坏进行了数值有限元验证。泡沫填充波纹夹芯梁面内压缩下的主要破坏模式为宏观弹塑性屈曲、面板弹塑性起皱2种模式。结合宏观尺度上芯体的均匀化等效弹性常数,建立宏观屈曲破坏的理论模型;将泡沫等效为Winkler弹性基,建立面板起皱破坏的理论模型。对304不锈钢波纹夹芯板和Rohacell 51泡沫填充材料,构建结构的破坏模式图,有限元计算结果从破坏模式和临界载荷2个方面验证了理论预测的可靠性。在此基础上,对泡沫填充波纹夹芯结构进行质量最小优化设计,获得结构的最优化几何尺寸。综合考虑承载、能量吸收、减振、隔热等多功能特性,相较于空心波纹夹芯结构和金字塔点阵夹芯结构,泡沫填充波纹复合结构具有潜在的重要工程应用价值。

关键词：罐车泡沫填充波纹夹芯梁破坏模式屈曲分析结构优化

空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁冲击性能实验研究

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西安交通大学学报 2015年第1期49卷 86-91页

作者：于渤韩宾倪长也刘剑峰张钱城卢天健慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院广东佛山528300 东莞市永强汽车制造有限公司广东东莞523407

为了提高油罐车罐体在冲击载荷下的强度和耐撞性,提出了两种三明治结构:空心和PMI泡沫填充率波纹夹心结构,来代替传统的均质结构,通过泡沫块冲击实验,对两种构型的三明治夹芯梁的冲击性能进行了研究。通过高速摄影观察了夹芯梁的变形过... 详细信息

为了提高油罐车罐体在冲击载荷下的强度和耐撞性,提出了两种三明治结构:空心和PMI泡沫填充率波纹夹心结构,来代替传统的均质结构,通过泡沫块冲击实验,对两种构型的三明治夹芯梁的冲击性能进行了研究。通过高速摄影观察了夹芯梁的变形过程,得出了在不同冲击速度下同质量不同芯体结构的夹芯梁后面板所产生位移的时程曲线,考察了两种类型夹芯梁在冲击载荷下的后面板中点位移及各自的变形特点。实验结果表明:空心波纹夹芯梁在速度较高的冲击载荷作用下,前面板在冲击区域发生撕裂,波纹芯体发生较大幅度的压缩;相对于空心夹芯梁,PMI泡沫填充夹芯梁前面板的撕裂和芯体的压缩程度大幅减小,但后面板中点位移较空心夹芯梁更大。由于结构的撕裂在罐车的行进过程中容易扩展并至更严重的破坏,因而填充夹芯结构相对空心结构更具优势。

关键词：三明治结构泡沫填充动态冲击实验

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方形蜂窝夹层曲板的振动特性研究

西安交通大学学报 2015年第3期49卷 129-135页

作者：任树伟孟晗辛锋先卢天健慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院广东佛山528300 东莞市永强汽车制造有限公司广东东莞523407

针对专用车辆罐体的方形蜂窝夹层封头,研究了四边简支方形蜂窝夹层曲板结构的振动特性。以Hoff夹层板理论为基础,通过能量法将蜂窝层芯等效为面内各向同性夹层,并考虑曲率的影响,建立了四边简支方形蜂窝夹层板振动理论模型。基于有限元... 详细信息

针对专用车辆罐体的方形蜂窝夹层封头,研究了四边简支方形蜂窝夹层曲板结构的振动特性。以Hoff夹层板理论为基础,通过能量法将蜂窝层芯等效为面内各向同性夹层,并考虑曲率的影响,建立了四边简支方形蜂窝夹层板振动理论模型。基于有限元软件建立了考虑蜂窝层芯细节的有限元模型,对理论模型结果进行了验证,两者结果取得良好吻合。通过理论模型和有限元模型研究了夹层几何参数及内压对蜂窝夹层曲板结构固有频率和振动模态的影响。研究表明:蜂窝夹层曲板的振动模态与均质实心曲板振动模态相似,其固有频率随着内压的增大而提高,相同质量的蜂窝夹层曲板固有频率远高于均质实心曲板的同阶固有频率。所得结果为蜂窝夹层曲板结构的动力学优化设计提供了必要的理论参考。

关键词：专用车辆罐体封头方形蜂窝夹层曲板内压固有频率振动模态

空心及PMI泡沫填充铝波纹板夹芯梁冲击性能的数值研究

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应用力学学报 2014年第6期31卷 906-910,996页

作者：于渤韩宾徐雨倪长也慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院佛山528300 永强汽车制造有限公司东莞523407

已有文献在空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁受泡沫铝块冲击作用的实验中观察到:泡沫填充夹芯梁在相同的载荷下,比相同重量的空心夹芯梁产生更大的后面板中点塑性永久位移。为了分析实验中观察到的现象并揭示其中的力学机理,本文基于商用... 详细信息

已有文献在空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁受泡沫铝块冲击作用的实验中观察到:泡沫填充夹芯梁在相同的载荷下,比相同重量的空心夹芯梁产生更大的后面板中点塑性永久位移。为了分析实验中观察到的现象并揭示其中的力学机理,本文基于商用有限元软件Abaqus/Explicit对空心及泡沫填充铝波纹夹芯梁在冲击下的动态响应进行了数值模拟研究;通过考察芯体与面板间理想连接和脱粘两种情况,研究了界面粘结性能对夹芯梁抗冲击性能的影响。结果表明,实验结果介于这两种情况的模拟结果之间。通过分析空心及泡沫填充夹芯梁不同子结构的塑性吸能差异,发现填充泡沫后夹芯梁的前面板吸能相对于空心夹芯梁有所减小,而后面板的吸能则相对增加。对两种夹芯梁前后面板中点速度的研究表明,由于填充泡沫的波纹芯体对前后面板的支撑作用增大,减缓了前面板的变形并加剧了后面板的变形,因此通过填充泡沫可以减小夹芯梁前面板的变形和撕裂,然而会增大后面板的塑性永久位移。

关键词：罐车罐体三明治结构动态冲击泡沫填充数值模拟

多种三明治结构抗冲击作用下动态性能的比较研究

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应用力学学报 2014年第5期31卷 746-751,832页

作者：程子恒于渤倪长也慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院佛山528300 东莞市永强汽车制造有限公司东莞523407

借助有限元软件ABAQUS,从数值模拟角度分析了单层不锈钢板、管状交叉三明治结构、方孔蜂窝三明治结构、波纹三明治结构作为油罐车封头在冲击载荷作用下的动态性能。在保证各结构面密度相同的情况下,考察了冲击载荷作用下四种结构的变形... 详细信息

借助有限元软件ABAQUS,从数值模拟角度分析了单层不锈钢板、管状交叉三明治结构、方孔蜂窝三明治结构、波纹三明治结构作为油罐车封头在冲击载荷作用下的动态性能。在保证各结构面密度相同的情况下,考察了冲击载荷作用下四种结构的变形机理及能量吸收性能,其中各结构中心点最大位移量为重要参数。经过分析后发现,方孔蜂窝三明治结构具有最好的抗冲击性能,管状交叉三明治结构略差,但好于其他两种结构。此外,本文结合实际工程应用背景,进一步考察了结构制备缺陷对结构抗冲击性能影响。引入缺陷后,方孔蜂窝三明治结构的抗冲击性能下降,弱于管状交叉三明治结构,可见方孔蜂窝三明治结构对制备缺陷更为敏感。由此得出,在理想模型前提下,方孔蜂窝三明治结构在四种结构中具有最好的抗冲击性能;而在实际的工程应用中,管状交叉三明治结构因其对缺陷的不敏感性及优良的抗冲击性能成为最优的三明治结构构型选择。

关键词：罐车封头有限元动态性能三明治结构焊接缺陷

非对称结构铝合金波纹夹层板的三点弯曲力学性能研究

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应用力学学报 2014年第6期31卷 836-842,990页

作者：张钱城杨立博韩宾金峰慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院佛山528300 东莞市永强汽车制造有限公司东莞523407

针对车辆轻量化问题,通过模压和胶结技术,制作了比现有实心铝合金板减重20%的具有平台结构的铝合金非对称结构波纹夹层板。对三点弯曲加载条件下非对称结构波纹夹层板的破坏模式进行了理论分析,得到了该结构的三点弯曲破坏模式图。通过... 详细信息

针对车辆轻量化问题,通过模压和胶结技术,制作了比现有实心铝合金板减重20%的具有平台结构的铝合金非对称结构波纹夹层板。对三点弯曲加载条件下非对称结构波纹夹层板的破坏模式进行了理论分析,得到了该结构的三点弯曲破坏模式图。通过三点弯曲加载测试,对比分析了实心板材与非对称结构铝合金波纹夹层板的三点弯曲性能,并验证了非对称结构波纹夹层板的破坏模式。研究结果表明,在三点弯曲载荷作用下,非对称结构铝合金波纹夹层板的刚度和强度均显著高于现有的实心板材,厚度为10mm、15mm波纹板的弯曲刚度分别是实心板的4.4倍、8.9倍,二者的弯曲强度分别是实心板的1.4倍以上、2倍以上。

关键词：车辆轻量化波纹板胶接三点弯曲

低速冲击载荷下金属点阵夹芯板的动态响应分析

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应用力学学报 2014年第5期31卷 782-788,835页

作者：韩宾于渤秦科科张钱城慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院佛山528300 东莞市永强汽车制造有限公司东莞523407

采用ANSYS/LS-DYNA商用有限元程序,首次比较了波纹夹芯板、方孔蜂窝夹芯板、三角形蜂窝夹芯板、金字塔夹芯板四种典型点阵金属夹芯板受刚性物块低速冲击时的动态行为,以考察点阵金属夹芯结构的动态响应及抗冲击性能。刚性物块的冲击速... 详细信息

采用ANSYS/LS-DYNA商用有限元程序,首次比较了波纹夹芯板、方孔蜂窝夹芯板、三角形蜂窝夹芯板、金字塔夹芯板四种典型点阵金属夹芯板受刚性物块低速冲击时的动态行为,以考察点阵金属夹芯结构的动态响应及抗冲击性能。刚性物块的冲击速度范围取75~150m/s,对每种夹芯板选取芯体与上层面板的连接点及连接点之间的空隙两个典型位置进行了冲击模拟。经过分析得出了不同点阵夹芯板的变形机制和吸能特性。结果表明:在刚性物块的冲击过程中,密度大、强度高的面板(上层)主要发挥抗剪切作用,密度低、强度低的芯体主要是通过自身屈曲、起皱等变形消耗刚性物块的动能,抗剪切能力相对较差;在四种点阵夹芯板中,波纹夹芯板的最大挠度和变形区域都是最小的,表现出了最好的抗冲击性能。

关键词：罐车罐体点阵夹芯抗冲击数值模拟能量吸收

基于介孔分子筛MCM-41“有机-无机”互穿结构纳米复合材料体系研究

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高分子学报 2016年第6期26卷 760-768页

作者：罗潘徐曼王绍辉徐阳曹兴忠张鹏西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 中国科学院高能物理研究所多学科研究中心北京100049

采用硅烷偶联剂KH550对介孔分子筛MCM-41内、外表面进行改性,并利用氮气吸附-脱附,傅里叶红外光谱以及小角X衍射等进行表征,其结果显示KH550分子被引入MCM-41纳米孔道中,且—NH_2基团成功嫁接到MCM-41纳米颗粒表面.凝胶液相色谱实验结... 详细信息

采用硅烷偶联剂KH550对介孔分子筛MCM-41内、外表面进行改性,并利用氮气吸附-脱附,傅里叶红外光谱以及小角X衍射等进行表征,其结果显示KH550分子被引入MCM-41纳米孔道中,且—NH_2基团成功嫁接到MCM-41纳米颗粒表面.凝胶液相色谱实验结果证实本文中采用的双酚A型环氧树脂为低分子量环氧.随后,采用原位聚合的方法制备不同MCM-41含量环氧树脂纳米复合材料.最后,利用正电子湮没寿命谱测量复合材料自由体积孔洞;利用透射电镜,动态热机械分析和交流击穿对复合材料宏观性能进行研究.复合材料超薄切片TEM观察结果显示,在低MCM-41添加含量时,MCM-41颗粒可在复合材料中良好分散.同时,环氧分子在外施作用力和硅烷偶联剂功能作用下引入纳米孔道,形成"有机-无机"互穿结构复合材料体系,增强MCM-41和环氧树脂间相互作用力,在低MCM-41添加含量下提高复合材料玻璃化温度(15.1%↑)和击穿电压(22.6%↑).

关键词： MCM-41 环氧树脂有机-无机互穿网络自由体积

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金属材料界面与辐照缺陷的交互作用机理

物理学报 2019年第13期68卷 15-28页

作者：刘思冕韩卫忠西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心

高能粒子辐照在材料内部产生大量的辐照缺陷,如间隙原子、空位、位错环、空洞和气泡等.大量辐照缺陷的形成和演化引起材料微观结构的失稳并造成严重的辐照硬化和脆化.界面工程是一种调控材料抗辐照性能的有效方法.通过引入高密度的晶界... 详细信息

高能粒子辐照在材料内部产生大量的辐照缺陷,如间隙原子、空位、位错环、空洞和气泡等.大量辐照缺陷的形成和演化引起材料微观结构的失稳并造成严重的辐照硬化和脆化.界面工程是一种调控材料抗辐照性能的有效方法.通过引入高密度的晶界、相界、自由表面等来增加空位和间隙原子的复合概率,能有效降低辐照缺陷的积聚,提高材料的结构稳定性,消除或减弱辐照的有害效应.本文简述了几种典型金属材料界面与不同类型辐照缺陷的交互作用机理,分析了界面结构、缺陷类型和辐照条件对交互作用过程的影响,最后讨论了本领域需进一步关注的热点问题,期望运用多学科知识和研究方法更好地揭示辐照损伤过程并设计新型抗辐照损伤材料.

关键词：界面点缺陷位错氦泡