泡沫铝夹芯结构抗低速冲击性能研究

发布时间：2017-07-05 08:27

  本文关键词：泡沫铝夹芯结构抗低速冲击性能研究

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【摘要】：随着科技的进步和工业化程度的发展,金属泡沫夹芯结构越来越多地出现在人们的视野当中,与传统材料相比,它成本低、质量轻,在作为承载结构的同时,还具有优秀的缓冲吸能、吸波、隔声、隔热、减振等功能,它在航空、航天、医疗、土建、帆海、汽车等领域都有普遍的应用。目前,海内外相关的学者研究的夹芯板组合大多为同相组合,即复合材料聚合物泡沫夹芯板,或者是金属面板和金属泡沫芯子的夹芯板组合,研究复合材料面板、金属泡沫芯子夹芯板组合的相对较少,在综合考虑的情况下,复合材料面板比金属面板有着更加明显的优势,它在轻质的同时,具有更高的比强度和比刚度,本文将研究复合材料面板和金属泡沫组合形成的夹芯结构的抗低速冲击性能,结合试验,主要通过数值模拟的手段,研究了不同面板和芯子组合时对于结构的抗低速冲击性能的影响,主要内容包括:泡沫铝材料的压缩性能研究。对密度为330kg/m3的闭孔泡沫铝材料进行准静态单轴压缩实验,并对压缩过程进行相应的数值模拟,结合实验数据调整数值模拟的弹塑性参数,使模拟结果与实验结果相吻合;对单纯的泡沫铝板及其夹芯结构进行了低速冲击模拟,并实验结果进行对比,验证了有限元模型的合理性和可行性。层合板的铺层顺序对泡沫铝夹芯板抗低速冲击性能的影响。借助ABAQUS的显式分析,以面板的铺层顺序、冲头的冲击能量为变量,对四种不同铺层顺序面板的夹芯结构进行了数值模拟,输出了冲头与夹芯板的冲击载荷、冲击时间和冲击过程中能量吸收等冲击响应,研究了面板的铺层顺序对于冲击响应的影响。将角铺设层合板面板的吸能效果与玻璃纤维平纹编织层压板的吸能效果进行对比。发现这些结构均具有很好的抗低速冲击性能,其中角铺设面板的夹芯结构吸能效果最好。泡沫铝芯子的密度对夹芯板抗低速冲击性能的影响。分别对密度为3526kg/m、3398kg/m、3330kg/m的闭孔泡沫铝芯子的夹芯板进行了不同能量下低速冲击的模拟,研究了泡沫芯子的密度对抗低速冲击性能的影响;沿厚度方向改变了梯度泡沫的排列顺序,对六种不同组合的梯度泡沫夹芯板进行低速冲击模拟,研究了梯度泡沫夹芯板的抗低速冲击性能,发现将密度最大的泡沫铝置于上层,密度最小的置于中间,中间密度的放在最下面,梯度泡沫铝夹芯板具有更好的抗冲击性能。粘接层损伤破坏过程的研究。使用内聚力单元模拟了泡沫铝和复合材料面板间的粘接层,对其进行了低速冲击模拟,研究了夹芯板在被完全穿透时粘接层的损伤破坏过程。
【关键词】：泡沫铝 复合材料夹芯结构 低速冲击
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究的背景及意义11-13
• 1.2 闭孔泡沫铝宏观本构的研究现状13-15
• 1.3 夹芯结构低速冲击研究进展15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 第2章 泡沫铝材料的压缩和低速冲击性能研究19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 泡沫铝的压缩特性曲线19-20
• 2.3 泡沫铝压缩试验20-21
• 2.4 泡沫铝单轴压缩的有限元模拟21-24
• 2.4.1 有限元模型的建立21
• 2.4.2 泡沫铝塑性本构的选择21-23
• 2.4.3 泡沫铝低速压缩过程模拟23-24
• 2.5 泡沫铝及其夹芯结构的低速冲击试验24-28
• 2.5.1 试件的准备24-25
• 2.5.2 实验设备及原理25
• 2.5.3 实验结果与分析25-28
• 2.6 泡沫铝的低速冲击模拟28-32
• 2.6.1 模型的建立28
• 2.6.2 泡沫材料破坏准则的选取28-29
• 2.6.3 泡沫铝低速冲击过程模拟29-32
• 2.6.4 数值模拟与实验结果吸能量对比与分析32
• 2.7 本章小结32-34
• 第3章 不同面板泡沫铝夹芯板的侵彻过程数值模拟34-54
• 3.1 引言34
• 3.2 泡沫铝夹芯结构有限元模型的建立34-38
• 3.2.1 几何模型的建立34-35
• 3.2.2 有限元网格的划分以及单元的选择35
• 3.2.3 接触条件、边界条件以及载荷的施加35-36
• 3.2.4 材料属性的赋予以及损伤演化法则的选择36-38
• 3.3 面板为不同铺层角度层合板时的低速冲击模拟38-48
• 3.3.1 单向铺层 [0°]_8面板的夹芯板的冲击响应38-39
• 3.3.2 角铺设铺层 [±45°]_(2S)面板的夹芯板的冲击响应39-42
• 3.3.3 正交铺层 [0°,90°]_(2S)板的夹芯板的冲击响应42-44
• 3.3.4 准各向同性铺层 [0°,45°,90°,-45°]_S面板夹芯板的冲击响应44-46
• 3.3.5 四种不同铺层角度面板的夹芯板的冲击响应对比与分析46-48
• 3.4 面板为平纹编织玻璃纤维层压板时的冲击过程仿真48-50
• 3.5 不同面板夹芯结构的冲击破坏过程对比与分析50-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第4章 不同密度泡沫铝芯子的夹芯板抗低速冲击性能研究54-72
• 4.1 引言54
• 4.2 面板的选择54-55
• 4.3 不同密度泡沫铝芯子夹芯板的冲击过程模拟55-58
• 4.3.1 50J冲击能量下的响应55-56
• 4.3.2 100J冲击能量下的响应56-57
• 4.3.3 200J冲击能量下的响应57-58
• 4.4 梯度泡沫铝芯子夹芯板的冲击过程模拟58-66
• 4.4.1 有限元模型的建立58-59
• 4.4.2 梯度泡沫铝夹芯板在 50J冲击能量下的冲击响应59-60
• 4.4.3 梯度泡沫铝夹芯板在 100J冲击能量下的冲击响应60-61
• 4.4.4 梯度泡沫铝夹芯板在 200J冲击能量下的冲击响应61-62
• 4.4.5 梯度泡沫铝夹芯板的冲击损伤分析与吸能效果对比62-66
• 4.5 含界面单元的泡沫铝夹芯板低速冲击过程模拟66-70
• 4.5.1 内聚力模型66-67
• 4.5.2 有限元模型的建立67-68
• 4.5.3 有限元计算68-70
• 4.6 本章小结70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-79
• 致谢79

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本文编号：521235