几种新型薄壁组合结构的轴向冲击吸能特性研究
航空航天结构的抗冲击性能研究
航空航天结构的抗冲击性能研究航空航天结构的抗冲击性能研究摘要：航空航天结构的抗冲击性能对于航空航天发展具有重要的意义。
本研究以航空航天结构的抗冲击性能为研究对象，通过对结构材料和设计的分析和实验，探讨了提高航空航天结构的抗冲击能力的方法和途径。
研究结果表明，通过合适的材料选择、设计和制造工艺的优化，可以有效地提高航空航天结构的抗冲击性能。
本研究为航空航天领域的结构设计和材料选择提供了一定的参考和指导。
关键词：航空航天结构；抗冲击性能；结构材料；设计；实验引言：航空航天工程是人类探索宇宙和实现航空飞行的重要领域，航空航天结构的抗冲击性能对于航空航天工程的安全和可靠性具有重要的意义。
航空航天结构面临着各种外部冲击和破坏因素，包括风压力、重力、空气动力学效应等。
因此，研究航空航天结构的抗冲击性能是提高航空航天工程的安全性和可靠性的关键。
本论文以航空航天结构的抗冲击性能为研究对象，通过对结构材料和设计的分析和实验，探讨了提高航空航天结构的抗冲击能力的方法和途径。
首先，对航空航天结构的抗冲击性能的相关理论和技术进行概述和阐述；其次，通过对不同材料的选择和开发，研究了不同材料对航空航天结构抗冲击性能的影响；然后，通过合理的设计和优化工艺，探索了提高航空航天结构抗冲击能力的方法和途径；最后，通过实验验证了所提出方法的可行性和有效性，并对研究结果进行了总结和讨论。
一、航空航天结构的抗冲击性能的理论与技术抗冲击性能是指航空航天结构在受到外部冲击时能够保持稳定和完整的能力。
航空航天结构的抗冲击性能主要包括强度、刚度和韧性等方面的指标。
强度是指结构在受到冲击时能够承受一定的载荷而不断变形或破坏的能力。
刚度是指结构在受到冲击时能够维持其初始形状和尺寸的能力。
韧性是指结构在受到冲击时能够吸收大量的冲击能量而不破坏的能力。
航空航天结构的抗冲击性能关系到其使用寿命和安全性，因此研究航空航天结构的抗冲击性能是提高航空航天工程的安全性和可靠性的关键。
铝蜂窝夹层结构抗冲击性能试验与数值研究
铝蜂窝夹层结构抗冲击性能试验与数值研究作者：张晟，陈伟，高德平来源：《粘接》2022年第08期摘要：以铝蜂窝夹层结构为研究对象，通过设计固持结构，采用高速冲击试验系统，开展铝蜂窝夹层结构高速冲击试验;建立铝蜂窝夹层结构数值模型，开展高速冲击数值模拟研究，依据试验结果对数值模拟方法进行确认，分析冲击过程中铝蜂窝夹层结构中铝板与蜂窝结构能量吸收与转化规律及其相互关系。
关键词：铝蜂窝夹层结构;抗冲击性能;能量吸收;数值研究中图分类号：TB331文献标志码：A文章编号：1001-5922（2022）08-0142-04Experimental and numerical study on impact resistanceof aluminum honeycomb sandwich structureZHANG Sheng，CHEN Wei，GAO Deping（Key Laboratory of Aerospace Power System， College of Energy and Power Engineering， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China）Abstract：Taking the aluminum honeycomb sandwich structure as the research object， the high-speed impact test of aluminum honeycomb sandwich structure is carried out by designing the retaining structure and adopting the high-speed impact test system; Establish the numerical model of aluminum honeycomb sandwich structure， carry out high-speed impact numerical simulation research， confirm the numerical simulation method according to the test results， and analyze the energy absorption and transformation law of aluminum plate and honeycomb structure in the aluminum honeycomb sandwich structure and their relationship during the impact process.Key words：]aluminum honeycomb sandwich; impact resistance; energy absorption; numerical investigation鋁蜂窝夹层结构作为典型大涵道比涡扇发动机风扇机匣重要组成部分，其抗冲击性能成为国内外研究重点。
负刚度结构设计及吸能特性研究
摘要摘要切。
这类具有较高抗压强度和能量吸收能力的轻质材料往往具有特殊的微观结构，这些微结构的几何特性和相对密度直接决定了其宏观性能。
另一方面，考虑到这类结构的应用往往涉及到多次加载问题，变形后的可恢复性也是一个重要特征。
基于以上背景，本文设计了几种负刚度结构并研究了其吸能承载特性。
首先本文研究了组合波纹板负刚度结构，这是一种由波纹条与T形连台组合而成的结构，由于T形连台的结构刚度较大，这种结构的宏观特性主要由波纹条决定。
通过有限元模拟，本文研究了波纹条的角度、厚度对结构负刚度特性及能量吸收特性的影响。
其次本文设计了一种可重复使用的三维负刚度结构，并对其制备工艺方面进行了探索。
旨在寻找适合的材料，使得结构既具有较高抗压强度和能量吸收能力，又可以重复使用。
对三维负刚度结构的研究分为两部分，分别为结构的设计与制备、以及基于有限元模拟的优化。
针对三维负刚度结构的设计与制备，本文在设计方面研究了曲梁双曲变形机制的理论推导，对结构的受力与变形有更多了解。
然后根据负刚度蜂窝单胞的形状和几何尺寸提出了三维高密度结构和低密度结构两种类型。
这两种类型的负刚度蜂窝结构可以由负刚度蜂窝单胞经过圆周阵列和线性阵列组合得到，或者是由二维负刚度蜂窝板进行组合得到。
制备方面可以采用切割、嵌锁组装、钎焊的工艺，可以选用镍钛合金板，同时也用304不锈钢板制备出了模型进行了实验。
还可以采用3D打印进行制备，不过要选用合适的材料。
无论是嵌锁组装，还是3D打印都是要根据材料的特征，找到适合的材料进行制备。
并且，本文采取调整结构的几何尺寸的方式对结构进行了优化，同时提出了结构刚度可调的设想。
文献中提出过二维负刚度蜂窝结构优化的部分设想，根据二维负刚度蜂窝的优化，改变其几何尺寸进行优化。
对于设计出的三维结构，也在几何尺寸上对其进行优化，研究各个参数的改变对结构负刚度特性和能量吸收的影响。
优化的目的是降低结构相对密度并提高其能量吸收能力。
为达到这目的, 本文采用有限元软件ABAQUS对结构变形进行了模拟，计算了不同几何尺寸结构的能量吸收特性，通过对比得出最优结构。
仿生吸能结构的设计及耐撞性研究
仿生吸能结构的设计及耐撞性研究李正官;郭策【摘要】通过观察东方龙虱鞘翅结构特征,设计了一种仿甲虫鞘翅轻质吸能结构.为了降低吸能结构在碰撞过程中的峰值载荷,对吸能结构提出三种改进方案.利用显式有限元技术,以结构的总吸能、峰值载荷和屈曲变形形式为评价指标,对三种改进的吸能结构进行了对比分析,最终得出填加凹槽改进吸能结构缓冲吸能性最好.%In this paper one kind of bio-inspired lightweight and energy absorbing structure is designed based on the analysis of structural characteristics of beetle cuticles. In order to reduce the peak force from an impacting process, three improving methods are presented. The analysis and comparison of three kinds of structures are performed by ANSYS/LSDYNA . The maximum absorption energy, minimum initial force peak and deformation are taken as assessment criteria. The result is confirmed that the structure with groove is the best in absorption and buffer.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2012(041)006【总页数】4页(P115-117,120)【关键词】碰撞;有限元;改进;吸能;缓冲【作者】李正官;郭策【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TH120 引言随着汽车的日益普及，汽车碰撞事故的发生越来越频繁，汽车交通事故不仅仅造成了严重的经济损失和人员伤亡，而且也给人们带来了巨大的精神伤害，所造成的社会危害是极其严重的，可以说汽车道路交通事故已经成为了一种灾难。
轴向冲击载荷作用下泡沫金属填充薄壁金属圆管吸能特性研究
性 能强 的特点 ， 其最主要 的用途是作为吸能缓 冲防护材料。 但是泡 沫金属对拉力 、 、 压力 弯矩、 扭矩等载荷的抵抗能力 比较差 ， 容易发 生 断裂而破坏 。传统的金属材料强度高 ， 抗弯 、 扭能力强 ， 但是吸
能、 阻尼 、 冲击性能较差 。 抗 因此 ， 将泡沫金属材料和传统金属材料
经受 刚体 以一定速度撞击 的动力 屈曲进行数值模拟 ，并着重从
组合成泡沫金属夹芯结构 ， 成为一种很好 的抗冲击 吸能结构 ， 应用 于舰艇设备抗 冲击安全 防护 、 汽车被动安全设计等领域。 泡沫金属
夹芯结构 主要包括填充管结构和夹芯板结构 。填充管结构 由外层 的空心金属管材和中间的泡沫金属柱组成 ，外层的空心金属管 主 要包 括圆管和方管。 夹芯板结构也叫三 明治结构 ， 其典型的结构为 中间是泡沫金属夹芯层 ， 上下层是铝合金板或其他金属 面板。 本文 主要研究的是外层 为铝合金 圆管 、 中间为泡沫铝的填充管结构 。 泡
泡 沫材料采用 ＭＡ ＿ Ｏ Ｍ Ｃ Ｕ Ｈ Ｂ Ｅ， 壁金属筒材料采 用 ＴＦ Ａ —Ｒ Ｓ Ａ Ｌ 薄
ＮＥＬ ＡＳＴＩ Ｉ Ｃ ＳＯＴＵＯＰＩ ＨＡＥＮＩ Ｃ ＮＧ 。 ＭＡＴ Ｉ
＿ —
２０ ０ ４年 Ｋｍ等同时用数值模拟和实验研究 的方法研究 了泡沫金 ｉ 属填充 薄壁金属 圆管的弯 曲崩 毁行为 ，０ ８ ２ ０ 年吴 刚等建 立 了泡 沫金属填充金属圆筒在轴 向冲击下的移动塑性铰分析模 型 。 综上所述 ，以往对 轴向冲击载荷作 用下泡沫金属填充 薄壁
数值实验和仿真分析开辟 了重要途径 。计 算机数值模拟提高 了
冲击 过程 中的安全性 ，通过反复 比对可 以优化其抗 冲击能力和
吸能特性 ， 为理论推导 和实验研究提供 指导 ， 因此计 算机 数值 模 拟对 实验研究 和理论推导具有重大的实际 意义 。本 文主要应用 ａ ｓｓｄ ｎ 有 限元程序 ， ｎｙ— ｙａ 研究 了不 同尺寸的泡沫铝填充结构在 轴 向冲击下 的动力屈 曲行 为 ，对几个 不 同尺寸泡沫铝填充 圆管 在
不同构型吸能元件的轴向抗撞击性能分析
【 ｂｔ ｃ】 ｃｏ ｉ ｏ ｇｒ ｉ ｄ ｕｃｏａ ｒ ｕ ｅ ｅｔｆｔ ｉ一 ｆ ｑａ ｕｅ Ａ ｓ ａｔ Ａ ｃｒ ｎ ｔ ｃｎ ｕ￣ｏ ａ ｎｔｎｌ ｅ ｉ ｍ ｎ ｏ ｅｔ ｎ ｅ ｓｕｒ ｔｂ ， ｒ ｄｇｏ ｆ ｉ ｎ ｎ ｆ ｉ ｑ ｒ ｈ ｈ ｄ ｅ
生， 往往会造成灾难 ， 直接威胁到驾驶人员及乘客 的生命 安全 ， 轻 则导致汽车结构部件的损伤 ， 重则引发车毁人亡的灾难性事
能； 一些科研人员１ 蜂窝结构的耐撞性进行了仿真研究 ； ５ 对 一些科 研人员 基于试验分析和数值模拟 ， 研究 了铝泡沫填充 帽形构件
以及泡沫和薄壁构件之间的相互作用 。则 主要 故。 随着汽车工业 的飞速发展 ， 汽车数量不断增加 ， 以及大量高速 的能量吸收特性 ， 不 公路的建成 ， 汽车碰撞事故呈逐年上升趋势 。 统计数据表 明， 国 我 研究在外形尺寸和重量不变的前提下 ， 同构型吸能部件的轴 向
ｓ ｕｔｒ ｉ］ ｔｒ． ｔ ｃｕｅ ｎ ｈｕｅ ｒ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｐｏ ｒ ｂ ｏ ｂｎ ； ｔａｎ ｒ ｔ ； ｕｔ ｃ ｌｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ Ａｎ ｉｉ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｙｗｏ ｄ ： ｗｅ －ａ ｓ ｒ ｉ ｇ Ｓ ｒ ｉ ａ ｅ Ｍ ｌｉ ｅｌ ｏ ｆ ｕ ａ ｉ ； ｔ ｍｐ ｃ ｒｏ ｍａ ｃ － ｉ ｏ － ｐ
【 摘
要】 在传统薄壁方管的基础上 ， 结合结构形态及其功能型要求， 给出了多 胞元吸能元件构型。 利
用三维有限元模型对重量相等的不同构型结构进行 了 碰撞数值分析。考察了结构材料的应变率效应对吸 能元件的吸能能力的影响。通过比较撞击过程中吸能元件所吸收的能量、 变形模式等发现 ： 多胞元方管表 现 出良 好的抗撞击性能。数值模拟结果为今后抗撞击结构部件的设计和改进提供了参考依据。
Yoshimura折纸管轴向压溃吸能特性分析
圆形直管和六边形直管相比：圆形直管初始压 溃峰值载荷、平均压溃载荷、总吸能高但载荷效率 低,说明圆形直管初始峰值力大，吸能多但吸能均匀 性差；六边形直管初始峰值力较小，吸能少但吸能均 匀性好。三种构型的吸能管相比:Yoshimura折纸 管初始压溃峰值载荷最小，平均压溃载荷、总吸能、 载荷效率最高，说明Yoshimura折纸管初始峰值力 最小、吸能最多且吸能均匀性最好；同时，从压溃载 荷一位移曲线中可以看出Yoshimura折纸管后期 呈上扬趋势，说明其吸能潜力更高。数值分析结果 表明 ，Yoshimura 折纸管吸能效果最好， 圆 形 直管吸 能多于六边形直管， 六边 形 直管 吸 能均匀 性 优于 圆 形直管。
为了研究吸能管结构形状对吸能效果的影响 ，
本文采用传统的圆形直管、六边形直管与Yoshimura 折纸管作为研究对象。 如图)所示， 三种形状吸
能管的外接圆半径R = 50mm，总高度Hh = 240mm，壁厚t = 2mm。材料选用弹塑性材料，弹性 模量为205GPa，泊松比为0. 3,屈服强度为 235MPa,极限强度为375MPa。本文采用S3R壳单 元对吸能管进行网格划分，考虑到求解精度与效率, 网格尺寸约为6mm。
(d)
(b)正视图
(c)俯视图
图1 Yoshimura折纸管
(d)平面镶嵌图
3有限元分析
有限元方法将结构离散为有限个单元，单元之间 通过节点连接。通过建立平衡方程，可以求解节点的 位移和应力等物理量。通用有限元软件ABAQUS在 解决大变形、强非线性问题方面有较强的稳定性和较 高的精度，因此本文选用ABAQUS进行数值分析闪。 3. 1有限元模型的建立
薄壁扁球壳在撞击载荷下的动态响应和吸能特性研究
振 第 ２ 卷第 １ ６ 期
动
与
冲
击
Ｊ Ｕ Ｎ Ｂ Ａ ＩＮ Ａ Ｄ Ｓ Ｏ Ｋ Ｏ Ｒ ＡＬＯＦＶＩ Ｒ Ｔ Ｏ Ｎ Ｈ Ｃ
薄壁 扁球 壳在 撞 击载 荷 下 的 动态 响 应和 吸能 特性 研 究
马春生 ， 杜汇 良， 张金换 ， 黄世 霖
表 ３ 撞击试验 结果
１２ 试验结果与分析 ．
从高速摄像 观察 ， 球壳 和刚性 面接触 的局部展平 过程时间很短 ， 很快进入 向内的窝 陷变形 ， 向内的窝陷 变形有 明显的两个阶段 。第一 阶段球壳呈轴对称的向 内窝陷， 变形后的形状类似镜面反射 ， 接触 区域形成 圆 形的滚动塑性 铰环 。第 二阶段 ， 滚动塑性铰环按 圆形 形状继续向外扩展 ， 在窝 陷区则 出现 ３到 ４个 等角度 分布的固定塑性铰。各试件撞击试验后 的变形如 图 ２
（ 清华 大学 汽 车工程 系 汽车安 全与节能 国家重点实验室 ， 京 北 １０ ８ ） ００ ４
摘 要 对薄壁扁球壳结构撞击刚性板的动态响应和吸能特性进行了研究。通过不同材料特性和撞击速度下半
径 Ｒ与厚度 ｔ 比值较大（ ／＞ ５） Ｒ ｔ ２０ 的扁球壳与刚性板的撞击试验， 分析了此类球壳结构的动态响应和吸能特性。以能量
的大变形 动 态过程 。
壳， 球壳的厚度 ｔ 约为 ２ ｍ， ｍ 半径 Ｒ＝ ０ ｍ ， ６０ ｍ 球壳的高 Ｈ＝ １ ｍ。从和制取球壳相同的原始铝板上取材制作 ７ｍ 力学拉伸试验试件 ， 进行准静态力学拉伸试验获取材 料的力学性能 ， 每种试件至少进行 ３次试验取平均值 ， 材料的力学参数如表 １ 所示 。
维普资讯
第１ 期
马春生等 ：薄壁扁球壳在撞击载荷 下的动态响应和吸能特性研 究
复合材料层合结构抗冲击性能研究进展
复合材料层合结构抗冲击性能研究进展石南南2,亢志宽1>2*,王利辉,王小娟2,赵卓(1.北京工业大学建筑工程学院，北京100124； 2.北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京100124)摘要：层压复合材料因具有良好的综合力学性能，被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中。
综述了四类复合材料层合结构的抗冲击性能，包括纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料。
总结了国内外复合材料层合结构抗冲击性能的研究现状，分析四类常见复合材料层合结构的抗冲击特性。
结合复合材料层合结构抗冲击性能的研究进展，对未来复合材料层合结构在抗冲击方面的应用进行了展望。
关键词：复合材料；抗冲击性能；层合结构；堆叠顺序；功能梯度中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)02-0115-08层压复合材料由于具有良好的耐腐蚀、抗疲劳及良好的材料和结构可设计性等因素被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中。
然而，复合材料层合结构使用过程中，若受到冲击损伤，其内部会产生微观损伤，从而会严重影响复合材料层合板的剩余强度、耐久性及稳定性［1］。
因此，许多学者对层压复合材料在抗冲击性能方面进行了深入的研究。
通过整理相关文献,将常见的层压复合材料大致分成了纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料四类。
纤维增强复合材料层合板［2］有很多优良特性,如比强度高、可设计性强等，被用于土木工程、军事、船舶等多个领域，纤维增强复合材料层合板还可以进一步分为碳纤维复合材料层合板［3］、玻璃纤维复合材料层合板［4］、芳纶纤维复合材料层合板［5］等。
混杂纤维增强复合材料板［6］是具有多种纤维特性的复合材料。
仿生复合材料层合板是根据生物材料的组分或堆叠顺序等因素而设计的。
生物材料融合了许多特性,高性能的轻质材料由相对较弱和普通的成分制成，是进化发展的结果［7,8］o功能梯度复合材料层合板［10］是组成元素不断变化的新型材料，具有更轻、更坚固、抗冲击性能更强等突出优点。
几种新型薄壁组合结构的轴向冲击吸能特性研究
Ｔ ｉ－ ｌ ｄＢ ｉ －ｐ Ｓｒ ｃｕ ｅ ｕ ｊｃｅ ｏＡｘａ ｍｐ ｃ ｈｎ ｗａｌ ｕｌ ｕ ｔｕ ｔｒｓＳ ｂｅｔｄｔ ｉｌ ｅ ｔ Ｉ ａｔ
Ｗａｎ Ｙ － ｎ Ｃ ｅ ｇ Ｙ ａｎ・ｈ ｎ ｕ－ｏ ｇ ｌｎ ｅａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｃ ｌ ｅｏ ａ ｉ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒｎ ，Ｈｕ ｚ ｏ ｇ Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｅ Ｔ ａｈ ｎ ｎｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｔ
几种新型薄壁组合结构 的轴 向冲击吸能特性研究
万育龙 程 远 胜
（ 中科技 大 学 交通 科 学与工 程学 院 ， 北 武汉 ４ ０ ７ ） 华 湖 ３ ０ ４
摘 要 ： 属 薄 壁 管 是 一 种 有 效 的 吸 能 结 构 ， 且 在 吸能 体 系 中得 到 了广 泛 应 用 。用 非 线 性 有 限 元 方 法 研 究 金 并
船舶 碰撞 和搁 浅 、 车辆 行驶 安全 、 航天 器软 着 陆等都提 出了结 构 的耐撞 性要求 。薄壁结构 在 轴
于制造 而广 泛 地 应 用 到 吸 能体 系 中 。Ｎ ｇｌ ａｅ Ｇ Ｍ 等 人 研 究 了在 准 静 态 作 用 下一 种矩 形 锥 壁 结 构 的 吸能特 性 ， 发现 锥 壁 结 构相 对 传 统 的直 壁 结 构 可 以很 好 地 降 低 初 始 载 荷 及 避 免 总 体 失 稳 。 Ｈ ｕ ｇ— ｏ ｉ 设计 出 了几 种组合 直壁 吸能 结 ｅ ｎ Ｓ ｏＫ ｍ 构， 这种 结构 能 极 大地 提 高 结构 的 吸能 效 率 。本 文 以 Ｎ ｇｌ 及 Ｈｅｎ －ｏ ｉ 的研究 结 果 为 ａｅ Ｇ Ｍ ｕ ｇＳｏＫ ｍ
ｔ ｉ ａ ｒ Ｓ ｍｅ ｎ ｗ ｄ ｓｇ ｆｂ ｉｔｕ ｔｕ ｔ ｒ ｓｌｋ ａ ｒ ｄ，ｓｒ ｉｈ ｙ ｔｍ ｔ ｒｇ ｅ ｉ ｇ ｆａ ｈ ｓ ｐ ｐｅ ． ｏ ｅ ｅ ｉｎｓｏ ｕ ｌ－ ｐ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｅ ｔｐｅｅ ｔａｇ ｔｓ ｓｅ ｗｉｈ ｔｉｇ ｒｎ ｅ ： ｔ ｒ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ，ｆｒ ｉ ｒ ｖｎｇ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｎ ｒ ｙ ａ ｏ ｔｏ ｕ ｅ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｏ ｍｐ ｏ ｉ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｌｐ ｏ ｅ ｅ ｆｅ ｅｇ ｂｓ ｒ ｉｎ． Ｎｕ ｒｃ ｌｒ ｓ ｌｓ ｔ ｐ ｍｅ ｉ ａ ｅ ｕ ｔ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｉｓ ｏ ｕ ｌ— ｐ ｓｒ ｃｕ ｅ ｒ ｉｈ ｉｈ ｅ ｅ ｏ ａ ｅ ｔ ｈ ｎ ｉ ａｅ ｔ ａ ｈ ｂ ｏ ｉ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆｂ ｉｔｕ ｔ ｔ ｒ ｓ ａｅ ｈ ｇ ｌｇ ｔ ｄ ｗｈ ｎ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｐ ｏ ｔ ｕ ｈ
防冲支架变梯度薄壁构件压溃吸能实验研究
壁圆管构件的初始峰值力、吸能量和平均支反力、支反力波动性能参数较优ꎬ是 ＺＱ３３００ 防冲支架较为理想的防冲吸能构
件ꎮ 变梯度薄壁圆管构件的设计可以改变普通薄壁圆管构件形成塑性铰的位置及数量ꎬ使薄壁构件变形趋向较为稳定
壁圆筒吸能防冲构件ꎬ设计变梯度薄壁圆管吸能构件不同的壁厚差和段数参数ꎬ对各参数变梯度薄壁圆管对其进行冲击
压溃实验ꎬ并分析各相关吸能防冲性能参数ꎬ实验结果表明:变梯度薄壁圆管构件段数和厚度差的增加均会使薄壁圆管
压溃初始壁厚变小ꎬ从而减小初始峰值力ꎻ在平均壁厚相同情况下ꎬ不同壁厚差和段数的变梯度薄壁圆管的平均支反力
大ꎮ 但是折痕筒结构对边界条件和外部载荷敏感ꎬ对
于复杂的井下环境ꎬ不适于广泛应用ꎮ
薄壁圆管构件 [１０￣１１] 制造简单ꎬ成本较低ꎬ在承受
轴向载荷时具有良好的吸能特性ꎬ被广泛的应用于抗
冲击ꎬ抗碰撞结构中ꎬ但普通薄壁圆管构件在弯曲压溃
时容易发生屈曲失稳ꎬ使整体吸收的能量减少ꎬ因此本
文设计了一种应用 ＺＱ３３００ 防冲支架 [１２] 的新型变梯度
ＡＢＳＯＲＢＩＮＧ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＯＦ ＳＣＯＵＲ￣ＰＲＯＯＦ
ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ ＳＵＰＰＯＲＴ
王春华 ∗∗ 姜红星 ∗∗∗ 牛慧超 安 达
( 沈阳航空航天大学 机电工程学院ꎬ 沈阳 １１００００)
ＷＡＮＧ ＣｈｕｎＨｕａ ＪＩＡＮＧ ＨｏｎｇＸｉｎｇ ＮＩＵ ＨｕｉＣｈａｏ ＡＮ Ｄａ
ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄ ｔｕｂｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｌｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
仿竹结构薄壁管设计及其吸能特性研究.pptx
分析表明,变直径结构受到轴向冲击时,上端细管会陷进下端粗 管中,细管与粗管之间发生摩擦、挤压等作用,不仅能够改变薄 壁结构的变形次序,而且能够增大能量吸收。根据竹青到竹黄维 管束密度梯度变化,设计出径向变材料组合管。
轴向冲击仿真分析得到,钢管、铝管和钢铝组合管的比吸能为 10.5kJ/kg、27.6kJ/kg和12.38kJ/kg,钢铝组合管的比吸能在铝 管和钢管的比吸能之间。对仿生截面2的薄壁结构进行泡沫铝填 充,仿真得出添加泡沫铝的薄壁结构20B-AF的平均载荷为80kN, 比无泡沫铝填充薄壁结构20B的平均载荷提高了25%;20B-AF的吸 能为6.25kJ,比20B的吸能提高了26%。
横向冲击仿真得出,10B的比吸能为3.37kJ/kg,较普通圆管提高 了1.26倍;11YP的比吸能为3.72kJ/kg,较普通圆管提高了1.49 倍;12YP的比吸能为6.82kJ/kg,较普通圆管提高了2.69倍。分析 得出,由于金属与竹材的材料差异,节结构不能提高金属薄壁结 构的轴向吸能,但加―节‖能提高轴向冲击下的载荷稳定性,且 节结构能明显提高横向载荷和吸能。
根据竹材沿生长方向直径逐渐变细的结构特点,设计出变直径薄 壁吸能管。仿真分析得出,一阶薄壁结构VD2-5的轴向比吸能和 平均载荷最高,分别为30.32kJ/kg和42.32kN,比普通圆管的比吸 能和平均载荷稍高;两阶薄壁结构VD3-1的轴向比吸能为 25.4kJ/kg,比普通圆管提高了17.6%。
3D-03的吸能最大为1.5kJ,比3D-21小2.7kJ,综合考虑变形量和 吸能,3D-21试样的吸能性较高,且能够节省成本。变直径试样试 验表明,变直径薄壁结构的上下端厚度变化对其吸能特性的影响 较大,上下端长度对其吸能特性的影响较小,且在受到轴向冲击 时,发生断裂。
超大轴向冲击载荷下六边形蜂窝铝结构的吸能特性优化研究
笔者采用 ＡＢＡＱＵＳ / Ｅｘｐｌｉｃｉｔ 显式动力学分析碰撞
６０ ＭＮ叠加式力标准机缓冲装置的选型奠定基础ꎮ
１ 不同结构的蜂窝铝冲击模拟
１. １ 蜂窝铝薄壁结构
蜂窝铝材料主要是通过受到冲击后压溃产生塑性
变形来吸能ꎮ 本节主要使用有限元软件 ＡＢＡＱＵＳ / Ｅｘ￣
ｐｌｉｃｉｔ [１２] ꎬ采用数值模拟的方式ꎬ通过改变蜂窝铝的壁
厚和六边形边长ꎬ来对其进行耐撞性研究ꎮ
ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ. Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄꎬ ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｖａｒｉａｂｌｅ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗａｌｌ
ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｈｅｘａｇｏｎ ｓｉｄｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｖａｒｉａｂｌｅｓꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ. Ｆｉｎａｌｌｙꎬ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
２. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ Ｑｕａｎｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＱｕａｎｚｈｏｕ ３６２０００ ꎬＣｈｉｎａꎻ
３. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｆｕｊｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１１８ꎬＣｈｉｎａ)
因变量的回归方程ꎬ采用遗传算法对其进行了优化设计ꎻ最后对优化结果进行了仿真验证ꎮ 研究结果表明:随着壁厚增加以及小六
钛合金冲击吸收功-概述说明以及解释
钛合金冲击吸收功-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着工业技术的不断发展，对材料性能和功能要求越来越高。
钛合金作为一种轻质、高强度、耐腐蚀的金属材料，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
而在这些领域中，冲击吸收功是一个至关重要的性能指标，能够有效地减缓冲击力对结构的损伤，提高结构的安全性和可靠性。
本文将首先介绍钛合金的特性，包括其高强度、优异的耐腐蚀性能和轻质特性，使其成为一种理想的材料选择。
接着将探讨冲击吸收功在材料性能中的重要性，以及钛合金在冲击吸收功中的应用。
最后，通过分析研究现状和展望未来发展，总结出钛合金在冲击吸收功中的潜力和前景。
文章结构部分主要包括以下内容：1. 引言：介绍文章的主题和背景，引出下文要讨论的问题。
2. 正文：详细阐述钛合金的特性、冲击吸收功的重要性以及钛合金在冲击吸收功中的应用。
3. 结论：对文章内容进行总结，展望未来钛合金在冲击吸收功领域的发展方向，给出结论。
请编写文章1.2 文章结构部分的内容1.3 目的本文旨在探讨钛合金在冲击吸收功中的应用，通过对钛合金特性和冲击吸收功的重要性进行分析，探讨钛合金在工程领域中的潜在应用价值。
同时，通过研究钛合金的冲击吸收功性能，探讨其在汽车、航空航天、医疗器械等领域的实际应用前景，为工程材料的研发和应用提供参考和借鉴。
通过本文的研究，希望能够进一步推动钛合金在冲击吸收功中的应用，进一步拓展其在工程领域的应用范围，并为相关领域的科研人员和工程师提供有益的参考和启示。
2.正文2.1 钛合金的特性钛合金是一种具有优异物理和化学性能的金属材料，具有以下主要特性：1. 高强度：钛合金具有非常高的强度，比许多其他金属材料如铝和钢都更强。
这种高强度使得钛合金在承受外部力量时能够保持其形状和结构完整。
2. 轻量化：钛合金相对于其强度而言非常轻，是一种理想的轻量化材料。
这种轻量化特性使得钛合金在航空航天领域和汽车制造业中得到广泛应用。
多胞薄壁铝合金方管载荷特性与多目标优化研究
包 装 工 程第45卷 第7期·246·PACKAGING ENGINEERING 2024年4月收稿日期：2024-01-08基金项目：国家自然科学基金（12072326）；山西省科技厅基础研究计划自由探索类青年项目（202203021222281）；山西省高等学校科技创新项目（2023L341）；太原工业学院引进人才科研资助项目（2023KJ043） *通信作者多胞薄壁铝合金方管载荷特性与多目标优化研究李耀宙1，张冰冰1，薛仲卿1，范志强2*（1.太原工业学院，太原 030008；2.中北大学，太原 030051）摘要：目的 通过引入边长系数γ，得到构型不同的W 型和C 型多胞薄壁方管结构，改善多胞薄壁方管的吸能效率。
方法 本文利用实验和数值方法对2种类型方管进行研究，材料选用6060T4铝合金，深入分析边长系数γ和壁厚t 对结构的载荷特性、能量吸收及变形模式的影响。
然后采用非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-Ⅱ）求解，针对结构的峰值载荷（P c ）和比吸能（S a ）进行多目标优化。
结果 数值仿真所得载荷曲线与实验结果一致，折叠波数均为7个，边长系数γ对2类结构的载荷和变形有显著影响。
结论 本文所得结果为改善多胞薄壁方管结构的缓冲吸能及冲击防护提供了数据支持。
关键词：多胞薄壁方管；边长系数；响应面模型；非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）；多目标优化 中图分类号：TB482.2 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)07-0246-08 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2024.07.030Mechanical Performance and Multi-objective Optimization of Multi-cellThin-walled Aluminum Alloy Square TubesLI Yaozhou 1, ZHANG Bingbing 1, XUE Zhongqing 1, FAN Zhiqiang 2(1. Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan 030008, China; 2. Central North University, Taiyuan 030051, China) ABSTRACT: The work aims to obtain W-type and C-type multi-cell thin-walled square tubes with different configurations through the introduction of side coefficient γ to improve the energy absorption efficiency of multi-cell thin-walled square tubes. Experimental and numerical methods were adopted to study two types of square tubes made of 6060T4 aluminum alloy. The effects of side coefficient γ and wall thickness t on the mechanical performance, energy absorption and deformation mode of the structure were analyzed in depth. Then, the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-Ⅱ) was used to analyze the thin-walled square tubes. Multi-objective optimization was carried out for the peak load (P c ) and specific energy absorption (S a ). The load curves obtained by numerical simulation were consistent with the experimental results. There were 7 folded waves. The side coefficient γ had a significant influence on the load and deformation of class 2 structures. The results obtained in this work provide data support for improving the buffering energy absorption and impact protection of thin-walled square tube structures.KEY WORDS: multi-cell thin-walled square tube; coefficient of side; RSM; NSGA-Ⅱ; multi-objective optimization薄壁方管广泛应用于冲击防护领域，该类几何结构在其受到冲击载荷作用时，折叠变形较为规则，具有较高的能量吸收效率，一直受到很多学者的关注。
复合材料层合板加强薄壁铝梁吸能特性试验研究
复合材料层合板加强薄壁铝梁吸能特性试验研究宋凯;吴永强;姚威;何智成;王振【摘要】通过轴向冲击试验研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre Reinforced Plastic,CFRP)层合板加强薄壁铝梁的吸能特性,分析铝梁和复合材料失效模式,对比承载能力经验值和试验结果,引入比吸能等指标对复合材料层合板加强薄壁铝梁吸能特性进行定量分析.结果表明,复合材料层合板可以显著改善薄壁铝梁的吸能特性,比吸能和碰撞力效率指标最大提高27％和35％,基于现有经验公式可以预测复合材料层合板加强薄壁铝梁的承载能力.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2016(006)004【总页数】9页(P277-285)【关键词】碳纤维增强复合材料;铝合金;薄壁结构;轴向冲击;吸能【作者】宋凯;吴永强;姚威;何智成;王振【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TB333在汽车安全事故中，前部正面碰撞比率占所有碰撞事故的50%以上，而前纵梁、吸能盒、发动机罩等结构吸收的能量占整车前碰撞吸收能量的50%以上［1］。
汽车前纵梁通常为薄壁梁式结构，其变形模式和吸能特性与薄壁梁结构类似，因此对薄壁梁结构吸能特性的研究可以指导汽车前纵梁设计［2］。
传统汽车前纵梁采用金属材料，依靠金属塑性变形吸收碰撞过程中的能量。
金属梁有失效模式稳定的优点，但金属材料密度大，不利于车身轻量化和节能减排。
近年来，CFRP以较高的比强度、比刚度引起研究者的关注。
Mamalis等［3］对碳纤维复合材料薄壁方梁开展准静态和动态压缩试验，分析了几何参数、纤维铺设角度、压缩应变率对复合材料方梁失效模式和吸能特性的影响。
薄壁管的横向吸能性能数值分析
薄壁管的横向吸能性能数值分析黄春曼【摘要】It is important to consider lateral energy absorption of thin walled tube in auto passive safety designing. This paper provides reference for lateral energy absorption design of thin walled tube via numerical analyzing various structure thin walled tube. The results showed,first tube cross section influent the lateral energy absorption of thin walled tube, compared with different section, square tube with size 97mm × 60mm × 50mm impact stability and energy absorption, second, pre-deformation structure can improve the energy absorption stability in impacting process of the thin walled tube, not increase absorption capability, third, stacked structure can synchronously improve structure of energy absorption stability and energy absorption capability in crash.% 薄壁管的横向吸能性能是车辆被动安全保护结构设计需要考虑的重要问题。
矿用扩径式吸能构件吸能防冲特性研究
矿用扩径式吸能构件吸能防冲特性研究杨巨文;唐治;何峰;张莹莹;于永江【摘要】为增强液压立柱的防冲性能，有效防治煤矿冲击地压，或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失，提出了一种与液压立柱结合使用的扩径式吸能构件。
采用理论分析和试验研究方法，对构件吸能防冲特性进行研究，结果表明：轴向压缩下扩径式吸能构件具有非常好的稳定性和可重复性的变形破坏模式，且构件变形后向四周膨胀值仅为薄壁圆管厚度，几乎不占用其它空间。
扩径式吸能构件压缩过程中具有较为理想的力－位移曲线。
扩径式吸能构件冲程效率不受几何尺寸影响，扩径式防冲构件具有较小的载荷波动系数。
理论推导得出了构件吸能防冲评价指标，并与试验结果具有较好吻合，为构件选取提供了理论依据。
扩径式防冲构件是较为理想的吸能防冲构件。
%To enhance the anti-impact performance of hydraulic columns,prevent and control the rockburst in coal mine effectively or at a certain level and to reduce the losses caused by rockburst accident,a kind of diameter-expanding energy absorption components combined with the hydraulic columns was put forward.The energy absorption and anti-impact properties of the components were studied by using the methods of theory analysis and experimentalstudy.The results showed that the diameter-expanding energy absorption components under axial pressure have an excellent stability and repeatability of deformation and failure modes;the expansion value of the components after deformation is only equal to the thickness of the thin-walled circular tube,and it doesn't occupy any other space;the diameter-expanding energy absorption components have an ideal force-displacement curve in their compression process;their geometric size has no effect on their stroke efficiency, the diameter expanding anti-impact components have a smaller load fluctuation coefficient.The energy absorption and anti-impact evaluation index of the components was obtained through the theoretical derivation,and it agreed well with the experimental results.The study provided a theoretical basis for components selection.The diameter-expanding anti-impact components were ideal energy-absorption and anti-impact ones.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P134-138,143)【关键词】吸能防冲;冲击地压;扩径式构件;试验研究【作者】杨巨文;唐治;何峰;张莹莹;于永江【作者单位】辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新 123000; 内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限公司，内蒙古锡林浩特 026000;辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TD355+.3第一作者杨巨文男，博士，高工，1969年5月生邮箱：***************Energy absorption and anti-impact properties of mine diameter-expanding energy absorption componentsKey words:energy absorption and anti-imapct; rockburst; diameter-expanding component; experimental study随着我国国民经济的迅速发展，煤炭的需求量不断增加，煤矿开采深度和难度逐渐加大，冲击地压的发生越来越频繁，煤矿冲击地压矿井越来越多，冲击地压造成的灾害越来越严重[1]。
冲击地压新型加肋板圆管式吸能防冲构件的仿真与试验
冲击地压新型加肋板圆管式吸能防冲构件的仿真与试验WANG Chunhua;AN Da;HAN Chong;TANG Zhi【摘要】针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差,易遭受冲击性失效问题,提出一种防冲支架用加肋板圆管式吸能防冲构件,通过仿真和试验方法分析不同肋板厚度和布置形式下加肋板圆管式构件以及无肋板圆管构件的吸能防冲特性.结果表明:肋板的布置抑制了圆管构件压溃屈曲的圆环模式变形和欧拉失稳,使变形趋于稳定;随着肋板厚度增加,构件压溃变形阈值、吸能量、反力平均水平增加,反力波动增大,可用变形让位距离减小;一字形肋板布置构件变形普遍不规范,十字形构件出现开裂和偏斜变形现象,Y字形、肋板厚度较小构件变形普遍较规范,从一字形、Y字形到十字形构件,其变形阈值、吸能量、反力平均水平基本有所增加,可用变形让位距离减小;Y字形、肋板厚8 mm的构件为ZHD6000型防冲支架较理想的吸能防冲构件.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)011【总页数】9页(P203-210,241)【关键词】冲击地压;吸能防冲构件;吸能防冲特性;防冲支架【作者】WANG Chunhua;AN Da;HAN Chong;TANG Zhi【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TD324巷道冲击地压事故近年频发[1-2]，已成为我国煤矿深部开采的主要灾害[3]。
一些高强度的液压支架逐渐被应用到冲击地压巷道，以提高支护强度，应对冲击地压[4-5]，然而，根据义马跃进矿、抚顺老虎台等矿巷道冲击地压事故情况，当较大冲击地压发生瞬间，围岩压力瞬间激增，液压支架的安全阀往往来不及开启泄压保护，支护体现为刚性，来压直接造成支架变形、损坏，立柱弯折、爆缸以及安全阀、导向套等处损坏，进而导致整个支护体系失稳破坏，造成设备的损坏和人员伤亡。
潘一山等[6-8]提出了巷道吸能让位防冲支护理论与技术：支护设备既具有静压或较小冲击下的高强度支护能力，还具有较大冲击下的吸能让位防冲功能，一旦支护设备不足以抵抗围岩冲击时，通过其中特设耗能元件快速吸收冲击能，并进行一定变形让位，以缓解支护体系的冲击，防止其冲击性失稳破坏。