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功能梯度泡沫动力学响应分析 被引量:8
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作者 卢富德 高德 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第15期54-57,共4页
针对典型泡沫结构应力-应变曲线的线弹性区、屈服平台区及压实区构成特点,建立了泡沫结构的有效简化本构关系。依据功能梯度泡沫结构的特征,建立了此缓冲结构动力学模型。运用Runge-Kutta法分析了梯度函数、密度差和冲击输入能量对功能... 针对典型泡沫结构应力-应变曲线的线弹性区、屈服平台区及压实区构成特点,建立了泡沫结构的有效简化本构关系。依据功能梯度泡沫结构的特征,建立了此缓冲结构动力学模型。运用Runge-Kutta法分析了梯度函数、密度差和冲击输入能量对功能梯度泡沫结构的响应影响,并与均匀泡沫结构的响应进行了比较。结果表明:梯度泡沫结构对小得冲击输入能量载荷作用时比较有利,克服了均匀泡沫系统对一定冲击能量范围响应几乎不变化的特点,此结果为拓展泡沫结构材料的使用范围提供参考。 展开更多
关键词 功能梯度泡沫 缓冲结构 本构 冲击
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功能密度梯度泡沫铝填充薄壁锥形结构的吸能性(英文) 被引量:6
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作者 曹娇 Amir KHAJEPOUR +2 位作者 干年妃 龙永程 黄晶 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2016年第1期35-48,共14页
为研究功能密度梯度泡沫铝填充薄壁锥形结构在汽车吸能盒上应用的可行性,对锥形泡沫铝、铝合金薄壁结构、泡沫铝填充薄壁结构,进行了单轴准静态压缩试验及数值仿真分析。取得了对功能密度梯度泡沫铝的密度变化梯度和泡沫铝填充薄壁结构... 为研究功能密度梯度泡沫铝填充薄壁锥形结构在汽车吸能盒上应用的可行性,对锥形泡沫铝、铝合金薄壁结构、泡沫铝填充薄壁结构,进行了单轴准静态压缩试验及数值仿真分析。取得了对功能密度梯度泡沫铝的密度变化梯度和泡沫铝填充薄壁结构的接触面的数值建模的实用性经验。对比试样的变形模式、载荷—位移曲线、吸能量(AE)和比吸能量(SAE)。结果表明,在准静态压缩工况下,截面形状对锥形泡沫铝试样和泡沫铝填充薄壁结构试样的吸能性能影响不大;锥形泡沫铝填充薄壁结构的吸能性能优于对泡沫铝和铝合金薄壁结构的叠加吸能。 展开更多
关键词 汽车材料 耐撞性 功能密度梯度泡沫 泡沫铝填充锥形管 试验研究和数值研究
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梯度泡沫铝的制备及力学性能研究进展 被引量:5
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作者 杨旭东 成莹 +1 位作者 郑远兴 安涛 《热加工工艺》 北大核心 2019年第12期16-20,共5页
梯度泡沫铝是一种具有多孔结构和高度可设计性的结构功能一体化材料。基于结构的特点,梯度泡沫铝在不同受力状态下具有独特的能量吸收行为,根据应用环境的需要可对其结构进行优化设计,因此梯度泡沫铝在减震吸能方面有巨大的潜能。结合... 梯度泡沫铝是一种具有多孔结构和高度可设计性的结构功能一体化材料。基于结构的特点,梯度泡沫铝在不同受力状态下具有独特的能量吸收行为,根据应用环境的需要可对其结构进行优化设计,因此梯度泡沫铝在减震吸能方面有巨大的潜能。结合国内外文献,概述了近些年有关梯度泡沫铝的制备及力学性能的主要研究进展。从固相法和液相法两方面介绍了梯度泡沫铝的主要制备方法,总结了梯度泡沫铝在准静态和动态压缩载荷下的力学响应,讨论了影响梯度泡沫铝吸能特性的因素。 展开更多
关键词 梯度泡沫 准静态压缩 冲击 吸能特性
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步枪弹高速冲击下防弹头盔功能梯度泡沫内衬的防护性能 被引量:5
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作者 郑秋杰 郭迎福 +1 位作者 蔡志华 张磊 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1275-1282,共8页
为开发能够抵御步枪弹的新型防弹头盔,研究功能梯度泡沫内衬在防弹头盔中的防护作用,通过材料压缩试验获得30 kg/m3、45 kg/m3和60 kg/m33种不同密度发泡聚丙烯泡沫的力学性能,开展枪弹高速冲击功能梯度泡沫内衬防护下的假人颅脑试验并... 为开发能够抵御步枪弹的新型防弹头盔,研究功能梯度泡沫内衬在防弹头盔中的防护作用,通过材料压缩试验获得30 kg/m3、45 kg/m3和60 kg/m33种不同密度发泡聚丙烯泡沫的力学性能,开展枪弹高速冲击功能梯度泡沫内衬防护下的假人颅脑试验并进行仿真研究。利用人颅脑试验和数值模拟计算,分析均质泡沫、正负梯度、凹凸梯度组合防护下的颅脑生物力学响应,以及泡沫局部和整体的能量吸收。结果表明:分层泡沫的能量吸收主要集中在靠近头部的支撑层,占泡沫吸收总能量的62.33%;平均密度相同时,梯度结构相较均质结构防护效果更显著,且负梯度优于正梯度;凸梯度结构在降低整体质量的同时,较其他梯度结构至少增加19.57%的能量吸收。 展开更多
关键词 防弹头盔 枪弹 功能梯度泡沫 高速冲击 能量吸收 防护性能
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低应变率荷载作用下梯度泡沫铝力学性能研究 被引量:4
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作者 刘雄飞 和西民 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期198-204,共7页
泡沫铝在工作状态下受到偶然低速荷载冲击作用会降低其吸能特性。本工作研究了匀质和梯度泡沫铝的准静态力学性能,测试了不同应变率(4×10^(-4)s^(-1)、3×10^(-3)s^(-1)、1×10^(-2)s^(-1))下梯度泡沫铝的压缩性能变化规律... 泡沫铝在工作状态下受到偶然低速荷载冲击作用会降低其吸能特性。本工作研究了匀质和梯度泡沫铝的准静态力学性能,测试了不同应变率(4×10^(-4)s^(-1)、3×10^(-3)s^(-1)、1×10^(-2)s^(-1))下梯度泡沫铝的压缩性能变化规律,同时采用X射线计算机断层扫描(X-CT)测定其压缩变形失效模式,探明了应变率及相对密度对梯度泡沫铝压缩吸能的影响规律。实验结果表明:在低速荷载作用下,匀质泡沫铝沿壁厚最薄弱区域开始变形,直至破坏;梯度泡沫铝则逐层压溃,直至失效破坏。相同应变率条件下,泡沫铝的强化倾向能力随相对密度提高而逐渐增强,梯度和匀质泡沫铝的应变率敏感系数分别最高可达0.235和0.210。泡沫铝初始压溃应力、平台应力随应变率提高而增大,梯度(MMH型)和匀质(H型)泡沫铝的初始压溃应力、平台应力分别最高可达10.02 MPa、10.7 MPa和12.89 MPa、10.19 MPa。相比匀质泡沫铝,梯度泡沫铝单位体积能量吸收值最多降低9%。本工作提出了以提高泡沫铝能量吸收效率为目标的最佳设计应力和能量吸收点的设计方法,可为泡沫铝夹芯结构防护面板的设计提供一定的参考。 展开更多
关键词 梯度泡沫 低应变率 X射线计算机断层扫描(X-CT) 相对密度 能量吸收
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金属空心球梯度泡沫结构抗冲击特性仿真与优化 被引量:5
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作者 杨姝 刘国平 +1 位作者 亓昌 王大志 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1593-1599,共7页
基于有限元方法,研究不同冲击速度下面心立方排布的金属空心球(FCC-MHS)梯度泡沫结构的缓冲吸能特性.以比吸能和远端应力为目标对象,分析梯度排列次序和梯度数对结构抗冲击性能的影响.采用径向基函数方法构建FCC-MHS梯度泡沫冲击代理模... 基于有限元方法,研究不同冲击速度下面心立方排布的金属空心球(FCC-MHS)梯度泡沫结构的缓冲吸能特性.以比吸能和远端应力为目标对象,分析梯度排列次序和梯度数对结构抗冲击性能的影响.采用径向基函数方法构建FCC-MHS梯度泡沫冲击代理模型且进行多目标优化.结果显示,在冲击波效应不明显时,梯度排列次序和梯度数对FCC-MHS泡沫抗冲击性能影响有限,FCC-MHS梯度泡沫的抗冲击性能与均质FCC-MHS泡沫接近;在波效应明显的冲击速度下,梯度数多且呈负梯度排列的FCC-MHS泡沫抗冲击性能最优.优化设计能使FCCMHS泡沫的抗冲击性能更优. 展开更多
关键词 梯度多孔泡沫 金属空心球 抗冲击 吸能 多目标优化
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破片撞击下复合夹层板梯度泡沫铝夹芯吸能性能研究 被引量:1
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作者 郝高明 陈震 《舰船科学技术》 北大核心 2021年第19期20-24,共5页
为了掌握复合夹层板的梯度泡沫铝夹芯在受到高速弹片冲击时,梯度大小、方向对梯度泡沫铝芯层变形模式、吸能性能的影响,本文采用Abaqus建立梯度参数γ分别为-2.1,-1.5,0,1.5,2.1的二维Voronoi梯度泡沫铝有限元模型,梯度参数的设置考虑... 为了掌握复合夹层板的梯度泡沫铝夹芯在受到高速弹片冲击时,梯度大小、方向对梯度泡沫铝芯层变形模式、吸能性能的影响,本文采用Abaqus建立梯度参数γ分别为-2.1,-1.5,0,1.5,2.1的二维Voronoi梯度泡沫铝有限元模型,梯度参数的设置考虑了梯度大小、方向的影响,冲击过程采用指数衰减速度冲击方法,研究冲击过程中不同模型的变形特征、动能以及内能的变化。研究结果表明,梯度泡沫铝靠近冲击端的上半部分贡献了应变的60%以上,该区域局部密度越大,梯度泡沫铝的能量吸收能力就越强。由于负梯度泡沫铝靠近冲击端区域密度最大,因而其吸收的内能高于均匀随机泡沫铝和正梯度泡沫铝,并且梯度大小|γ|越大,负梯度泡沫铝的吸能优势越明显。因此,将负梯度泡沫铝填充到船体夹层板中,可以提高船体夹层板的抗冲击性能。 展开更多
关键词 梯度泡沫 二维Voronoi 衰减速度冲击 变形模式 吸能性能
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3D打印Voronoi梯度泡沫材料动态力学特性研究
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作者 罗耿 祝召飞 +1 位作者 肖尧之 陈轶嵩 《汽车工程》 2025年第9期1826-1839,共14页
对泡沫材料引入梯度设计,可以有效调控其力学特性,提升能量吸收。本文基于Voronoi图形与3D打印技术,设计并制备了分层梯度与连续梯度泡沫材料,构建了考虑基体材料应变率的有限元模型,并基于准静态压缩试验验证了有限元模型,进而研究了... 对泡沫材料引入梯度设计,可以有效调控其力学特性,提升能量吸收。本文基于Voronoi图形与3D打印技术,设计并制备了分层梯度与连续梯度泡沫材料,构建了考虑基体材料应变率的有限元模型,并基于准静态压缩试验验证了有限元模型,进而研究了梯度泡沫材料的动态力学特性及其变形模式。研究结果表明:对于正梯度泡沫,在不同的加载速度下,加载端即密度较低端一般首先变形,并向支撑端传播,形成一条明显的塑性冲击波,为正向单波模式;对于负梯度泡沫,随着加载速度的增加,其依次呈现出反向单波模式,双波模式,正向单波模式,分层梯度与连续梯度泡沫具有相似的变形模式,当分层数增加,其差异越小;基于应力波理论建立的梯度泡沫的单波与双波理论模型,可以准确预测梯度泡沫在不同冲击速度下冲击端与支撑端的应力;对于负梯度泡沫临界速度的分析表明,当梯度率较小时,拥有较大胞元的支撑端将更容易变形,从而削弱加载速度增加引发的惯性效应,使得双波模式会在更高的速度区间出现,即第2临界速度升高,而第1临界速度对于梯度率的变化表现出较低的敏感性;随着冲击速度的增加,负梯度泡沫的能量吸收效果显著提升。 展开更多
关键词 梯度泡沫 3D打印 动态冲击 双波模型 临界速度
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梯度铝泡沫夹层结构抗爆性能仿真与优化 被引量:10
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作者 亓昌 杨丽君 杨姝 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第13期70-75,共6页
采用动力显式有限元方法,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,研究了铝合金面板—梯度铝泡沫芯体—装甲钢背板夹层结构的抗爆性能。分析了芯体密度梯度排布对结构抗爆性能的影响,并与均匀密度铝泡沫夹层板进行了对比。同时,基于径向... 采用动力显式有限元方法,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,研究了铝合金面板—梯度铝泡沫芯体—装甲钢背板夹层结构的抗爆性能。分析了芯体密度梯度排布对结构抗爆性能的影响,并与均匀密度铝泡沫夹层板进行了对比。同时,基于径向基函数建立了夹层结构抗爆性能预测响应面模型,在此基础上对夹层结构进行了多目标优化设计。结果表明,铝泡沫芯体相对密度排布顺序对夹层结构抗爆性影响明显;具有最佳芯体密度梯度排布的铝泡沫夹层结构的抗爆性能明显优于等质量的均匀密度铝泡沫夹层结构;多目标优化可进一步提高梯度铝泡沫夹层结构的综合抗爆性能。 展开更多
关键词 梯度泡沫 抗爆性能 夹层结构 响应面模型 多目标优化
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梯度金属泡沫池沸腾过程中气泡脱离特性
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作者 黄瑞连 赵长颖 徐治国 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期2890-2898,共9页
利用实验手段对梯度金属泡沫池沸腾过程中气泡脱离行为特性进行了探究。实验工质为去离子水、浓度分别为400 mg·L^(-1)和800 mg·L^(-1)的正庚醇溶液。梯度金属泡沫材质为铜和镍,铜泡沫层和镍泡沫层厚度均为4 mm,孔密度分别为4... 利用实验手段对梯度金属泡沫池沸腾过程中气泡脱离行为特性进行了探究。实验工质为去离子水、浓度分别为400 mg·L^(-1)和800 mg·L^(-1)的正庚醇溶液。梯度金属泡沫材质为铜和镍,铜泡沫层和镍泡沫层厚度均为4 mm,孔密度分别为40 PPI和10 PPI。实验结果表明:添加正庚醇会使池沸腾气泡脱离直径变小,数目减少,但其浓度变化影响不明显;在热通量6.6×10~4 W·m^(-2)沸腾时,观察到气泡脱离金属泡沫骨架阻碍两种常见运动形式:气泡破裂和整体滑移;当热通量增加到1.0×10~5 W·m^(-2)时,相邻的两个气泡在梯度金属泡沫内合并成一个大气泡脱离金属泡沫。 展开更多
关键词 梯度金属泡沫 破裂 池沸腾 合并 气泡 传热
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功能梯度仿生头盔防护性能与头部损伤分析 被引量:2
11
作者 肖志 张云飞 +3 位作者 庞通 李顺峰 刘国斌 王方 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期29-38,共10页
为了提高摩托车头盔防护性能降低头部损伤风险,本文引入功能梯度仿生泡沫结构替代传统头盔的均匀密度泡沫衬垫.通过头盔耦合生物力学头部有限元模型,获取撞击过程中头部质心加速度、生物力学响应和头盔结构响应,综合分析不同密度梯度方... 为了提高摩托车头盔防护性能降低头部损伤风险,本文引入功能梯度仿生泡沫结构替代传统头盔的均匀密度泡沫衬垫.通过头盔耦合生物力学头部有限元模型,获取撞击过程中头部质心加速度、生物力学响应和头盔结构响应,综合分析不同密度梯度方案对头盔防护能力的影响.结果表明,功能梯度泡沫结构在中高速冲击下有更明显的优势.相比传统头盔吸能缓冲层的均匀泡沫密度方案和新型头盔的正/负密度梯度方案,最大密度为80 kg/m3的负密度梯度泡沫设计方案可以更有效改善头盔结构碰撞响应并降低碰撞过程中头部损伤,且随着密度差的增大,负密度梯度头盔的防护性能得到了进一步提高. 展开更多
关键词 功能梯度泡沫 仿生头盔 头部损伤 有限元模型 碰撞
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冲击载荷下径向密度排布对泡沫金属力学性能影响的研究 被引量:5
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作者 王根伟 刘冕 +1 位作者 宋辉 王彬 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1-13,共13页
参照层状密度梯度泡沫模型实现方法,利用3D-Voronoi技术设计了新型径向密度梯度泡沫模型,并用有限元软件,对它在不同冲击载荷下的力学行为进行数值模拟。研究冲击速度、密度梯度和平均相对密度对金属泡沫冲击端、支撑端应力和能量吸收... 参照层状密度梯度泡沫模型实现方法,利用3D-Voronoi技术设计了新型径向密度梯度泡沫模型,并用有限元软件,对它在不同冲击载荷下的力学行为进行数值模拟。研究冲击速度、密度梯度和平均相对密度对金属泡沫冲击端、支撑端应力和能量吸收能力的影响,发现:径向正梯度泡沫与层状正、负梯度泡沫相比,其两端的应力值均较小,可同时保护冲击端、支撑端物体;径向负梯度泡沫两端应力变化幅度较小,能够保证物体受力稳定;几种泡沫金属的能量吸收能力在不同冲击速度下发生交替变化。对于径向梯度泡沫,能量吸收能力对密度梯度大小不敏感,对梯度方向敏感,径向负梯度泡沫的能量吸收能力始终大于径向正梯度泡沫;平均相对密度越大,径向正、负梯度泡沫两端应力越大、吸能效果越好。 展开更多
关键词 梯度泡沫金属 3D-Voronoi技术 密度梯度参数 能量吸收
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PMMA/CNT微发泡密度梯度吸能材料的优化设计研究 被引量:1
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作者 张轶竣 张睿智 +2 位作者 郭成成 沈强 罗国强 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期32-39,共8页
基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/碳纳米管(CNT)微孔发泡复合吸能材料,建立了一种等密度差密度梯度泡沫模型,通过在非线性唯象本构模型拟合得到的准静态压缩下的本构方程,计算了泡沫模型在不同载荷下的吸能效率分布特性及相应优劣势。系统... 基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/碳纳米管(CNT)微孔发泡复合吸能材料,建立了一种等密度差密度梯度泡沫模型,通过在非线性唯象本构模型拟合得到的准静态压缩下的本构方程,计算了泡沫模型在不同载荷下的吸能效率分布特性及相应优劣势。系统研究了泡沫模型层间密度差、上下限密度差、泡沫层厚度梯度规律3种因素对梯度泡沫吸能效能的影响规律。结果表明,层间密度差为25 kg/m3与50 kg/m3的泡沫吸能效能较好;上下限密度差越小,吸能效率的峰值越高,在较低载荷的吸能效能会越差;单层密度接近于平均表观密度的泡沫层越厚,吸能效率峰值会越高。基于实验结果优化设计了一种吸能效率峰值达到0.326且吸能效能在<15 MPa载荷范围内相对于均质泡沫更有优势的梯度泡沫。这些结果对于密度梯度吸能材料的设计思路具有重要指导意义。 展开更多
关键词 梯度泡沫 碳纳米管 聚甲基丙烯酸甲酯 复合材料 微孔泡沫 准静态压缩 吸能性能
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New method for plugging channeling in oil field by nitrogen foam
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作者 杨朝蓬 高树生 +3 位作者 岳湘安 吕毓刚 睢宏刚 魏浩光 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第2期677-683,共7页
In order to present a new method for plugging channeling in oil field,the injection modes and validity period of foam system which plugged the formation water layer were studied by means of the experimental model whic... In order to present a new method for plugging channeling in oil field,the injection modes and validity period of foam system which plugged the formation water layer were studied by means of the experimental model which simulated the real conditions of oil wells existing channeling.Above all,the influence factors including reservoir pressure,permeability,oil saturation and gas-to-liquid ratio were studied through dynamic experiment.Then,in light of the technology characteristics of foam injection in oil field,the comparison between gas-liquid and liquid-gas injection modes was studied.The result shows that the gas-liquid injection mode can ensure the foam injectivity and plugging performance.The plugging validity of nitrogen foam injected into the formation water layer was evaluated in different plugging pressure gradients by the dynamic method which is more reasonable than the static evaluation method in laboratory.The research demonstrates that the plugging validity period of foam decreases with plugging pressure gradient increasing.If the plugging pressure gradient is 0.15 MPa/m,the validity period is 160 h.Finally,a empirical equation and a plate about the plugging validity and the plugging pressure gradient were obtained for forecasting the validity period of foam. 展开更多
关键词 foam system plugging performance CHANNELING injection mode plugging validity
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