Zn-22Al泡沫夾芯復(fù)合板的三點(diǎn)彎曲性能

應(yīng)用表面位移原位分析技術(shù)對(duì)由泡沫金屬鋁芯和金屬面板組成的三層復(fù)合板在循環(huán)彎曲載荷條件下的損傷行為進(jìn)行了觀察和研究。循環(huán)彎曲載荷條件下復(fù)合板失效的基本方式是表面凹陷(indentation,id)和泡沫鋁內(nèi)芯切斷(coreshear,cs)。凹陷型失效是與加載壓頭接觸的復(fù)合板表面局部壓縮密切相關(guān),該處沿垂直方向的壓縮應(yīng)變最大。內(nèi)芯切斷型失效是泡沫鋁內(nèi)芯中切應(yīng)變最大的區(qū)域發(fā)生的剪切破壞。在疲勞應(yīng)力比r=0時(shí),復(fù)合板凹陷型失效的疲勞極限高于內(nèi)芯切斷型失效的疲勞極限。

泡沫鋁夾心板是一種新型復(fù)合材料,具有低密度、高比強(qiáng)、高比剛度、吸能減振、隔熱、隔音等性能,可廣泛用于航空航天、機(jī)械工業(yè)、汽車等領(lǐng)域。本文對(duì)泡沫鋁夾芯板在三點(diǎn)彎曲載荷下的變形特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。基于有限元軟件abaqus建立了泡沫鋁夾芯板的三維有限元模型,并采用擴(kuò)展有限元法(xfem)對(duì)模型在三點(diǎn)彎曲過程中的破壞模式進(jìn)行了模擬。模擬的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

設(shè)計(jì)并采用熱壓罐方法生產(chǎn)了由復(fù)合材料面板和鋁泡沫芯子組成的復(fù)合材料夾芯梁,對(duì)其在簡(jiǎn)支邊界條件和三點(diǎn)彎曲受載下的失效模式及彎曲剛度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn):與其他3種常見的金屬泡沫芯子金屬面板夾芯結(jié)構(gòu)相比,自行設(shè)計(jì)的面板為層合板的金屬泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)具有較高的彎曲比剛度、明顯的重量?jī)?yōu)勢(shì)及可設(shè)計(jì)性。

用實(shí)驗(yàn)方法研究了三種不同管壁厚度、兩種跨徑的泡沫鋁合金填充圓管的三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能,得到了泡沫鋁合金填充管結(jié)構(gòu)承載過程中的三種變形模式,即壓入、壓入彎曲和管壁下緣拉裂破壞。給出了空管和泡沫鋁合金填充管的載荷位移曲線,并進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)泡沫鋁合金填充管結(jié)構(gòu)的承載能力隨泡沫鋁合金密度的增大而增大,但破壞應(yīng)變則隨之減小。結(jié)構(gòu)承載力的相對(duì)提高量隨著管壁厚度的減小和跨徑的增大而增大。此外,分析了泡沫鋁合金提高填充管結(jié)構(gòu)承載能力的機(jī)理。泡沫鋁合金填充使管壁壓入量和管截面抗彎剛度的損失顯著減小,從而提高了結(jié)構(gòu)的抗彎能力。

泡沫鋁夾心板靜態(tài)三點(diǎn)彎曲變形行為及力學(xué)性能(精)

采用焊接方法制備了泡沫鋁夾心板,通過對(duì)制備出的泡沫鋁夾心板進(jìn)行三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn),測(cè)量其整體的抗彎特性.應(yīng)用數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算了彎曲過程中試樣表面的全場(chǎng)變形響應(yīng),結(jié)合對(duì)載荷-位移曲線的分析,討論了2種不同孔結(jié)構(gòu)夾心板的變形行為.結(jié)果表明:由于夾心材料結(jié)構(gòu)上的不同,導(dǎo)致其破壞方式的不同;以閉孔泡沫鋁為夾心的夾心板彎曲吸能比夾心為開孔泡沫鋁的多,而開孔泡沫鋁夾心板的彎曲剛度則更高些,這對(duì)泡沫鋁夾心板的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用具有實(shí)際指導(dǎo)意義.

對(duì)蜂窩夾層板進(jìn)行了彎曲與振動(dòng)試驗(yàn),測(cè)得復(fù)合板固有頻率與受彎曲載荷情況下的位移,同時(shí)通過有限元軟件ansys采用等效板等效方法,仿真分析得出的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,吻合良好.驗(yàn)證了通過有限元等效模型來進(jìn)行仿真模擬的準(zhǔn)確性,進(jìn)而為纖維-紙蜂窩復(fù)合板的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù).

利用竹纖維、薄竹單板等短生長(zhǎng)周期的可再生生物質(zhì)資源制備了薄竹面竹纖維增強(qiáng)酚醛泡沫夾芯復(fù)合板材。研究環(huán)氧ab膠、白膠、萬能膠和塑料膠4種市場(chǎng)上常見粘合劑對(duì)復(fù)合板材的膠合強(qiáng)度和耐高溫性能的影響,確定最佳粘合劑為環(huán)氧ab膠。對(duì)無紡布、玻璃纖維布、不銹鋼絲網(wǎng)、天然麻纖維網(wǎng)格布、抗裂的確良等5種不同網(wǎng)格材料增強(qiáng)薄竹面竹纖維增強(qiáng)酚醛泡沫夾芯復(fù)合板材的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明,天然麻纖維網(wǎng)格布是最佳增強(qiáng)材料,與未用網(wǎng)格材料增強(qiáng)的薄竹面竹纖維增強(qiáng)酚醛泡沫夾芯復(fù)合板材相比,其壓縮強(qiáng)度提高5.55%,縱向彎曲強(qiáng)度提高26.28%,橫向彎曲強(qiáng)度提高28.33%,沖擊強(qiáng)度提高68.47%。且天然麻纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)薄竹面竹纖維增強(qiáng)酚醛泡沫夾芯復(fù)合板材性能基本達(dá)到j(luò)c/t1051–2007"鋁箔面硬質(zhì)酚醛泡沫夾芯板"行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

鑄鐵類材料裂紋端部的斷裂損傷過程區(qū)能簡(jiǎn)化為具有黏聚力的裂紋。為探尋帶切口鑄鐵試件的最大承載力計(jì)算方法,用實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)8種不同切口尺寸的鑄鐵三點(diǎn)彎曲梁進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn),得到載荷隨加載點(diǎn)位移變化曲線;計(jì)算各個(gè)試件斷裂過程消耗功以及相應(yīng)單位斷裂面消耗比能。分別通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得載荷和預(yù)制裂紋尺寸及等效裂紋長(zhǎng)度,計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子和能量釋放率。根據(jù)黏聚裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算式與雙k斷裂準(zhǔn)則,得到該類材料結(jié)構(gòu)承載力的理論計(jì)算數(shù)值;并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,兩者符合良好。

由于鑄鐵是典型的拉壓彈性模量不同的材料,在外載荷作用下,鑄鐵面板泡沫鋁層合板將相當(dāng)于3種不同材料組成的層合板.本文采用彈性理論建立了鑄鐵面板泡沫鋁芯層合板在均布荷載作用下的靜力平衡方程,利用靜力平衡方程確定了層合板的中性面位置.在此基礎(chǔ)上,建立了鑄鐵面板泡沫鋁芯層合板的彎曲方程,利用該彎曲方程即可得到層合板的撓曲線表達(dá)式.并把該方法計(jì)算結(jié)果與有限元方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,說明該計(jì)算方法是可靠的.算例分析表明,鑄鐵面板泡沫鋁型層合板的彎曲撓度計(jì)算不宜采用相同彈性模量彈性理論,而應(yīng)該采用拉壓彈性模量不同的彈性理論.

雙模量材料是典型的拉壓彈性模量不同的材料,在均勻外載荷作用下,雙模量面板泡沫鋁芯圓形層合板相當(dāng)于三種不同材料組成的層合板。采用彈性理論建立了雙模量面板泡沫鋁芯圓形層合板在均布載荷作用下的靜力平衡方程,利用該靜力平衡方程確定了層合板的中性面位置。在此基礎(chǔ)上建立了雙模量面板泡沫鋁芯圓形層合板的大撓度彎曲微分方程組,求得了層合板中心撓度與均布載荷的關(guān)系式。該方法計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果的最大誤差僅為3.8%,這說明該方法是可靠的。算例分析表明不考慮面板拉壓彈性模量相異時(shí)其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差較大,超過了工程上所允許的計(jì)算誤差5%。所以,在計(jì)算雙模量面板泡沫鋁芯圓形層合板的非線性彎曲時(shí),不宜采用相同彈性模量彈性理論,而應(yīng)該采用拉壓彈性模量不同的彈性理論。

以輻射交聯(lián)聚乙烯泡沫為芯層,與阻尼板、人造革等復(fù)合,制備了多層復(fù)合結(jié)構(gòu)板材,并重點(diǎn)研究了輻射交聯(lián)pe泡沫及其多層復(fù)合結(jié)構(gòu)板材的吸聲、隔聲性能。研究結(jié)果表明,采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)技術(shù)將輻射交聯(lián)pe泡沫與其他材料優(yōu)化組合,制成復(fù)合板材,可明顯提高其吸隔聲性能。

泡沫鋁是一種新型的吸聲材料,在中高頻具有良好的吸聲效果,研究采用泡沫鋁復(fù)合板來提高其低頻吸聲性能。研究表明,泡沫鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)具有較好的低頻吸聲性能,在500hz-1khz吸聲系數(shù)提高較大。通過在材料一側(cè)添加可以背襯進(jìn)一步提高其吸聲系數(shù),在空腔厚度為30mm時(shí)復(fù)合板的吸聲系數(shù)最好,在頻率400hz附近出現(xiàn)吸聲峰值0.82。

鋼板巖棉夾芯復(fù)合板是用彩色鋼板或熱鍍鋅鋼板做面層,中間夾以結(jié)構(gòu)巖棉做絕熱芯材制成的復(fù)合建筑板材,是鋼板聚苯乙烯泡沫復(fù)合板和鋼板聚氨酯泡沫復(fù)合板的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

本文介紹鋼板巖棉夾芯復(fù)合板的性能,結(jié)構(gòu),生產(chǎn)工藝和應(yīng)用情況。該產(chǎn)品是一種三明治式的建筑板材,由彩色板或鍍鋅鋼板做面層,中間夾以巖棉而制成。

鋼絲網(wǎng)巖棉夾芯復(fù)合板是一種新型的建筑板材,簡(jiǎn)稱gy板,最近由北京新型建筑材料總廠研究所研制成功。它是采用二塊平行的焊接鋼絲網(wǎng)片,中間填以半硬質(zhì)巖棉板,并用橫穿鋼絲焊接而成的一種復(fù)合板材。根據(jù)不同要求,可制成厚度、寬度、長(zhǎng)度各異的板材,運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng),用專用工具組裝成墻板,然后在網(wǎng)格的兩面抹上或噴涂水泥砂漿而形成完整的墻體,最后進(jìn)行內(nèi)、外墻表面的裝飾。gy板的設(shè)計(jì)是通過鋼絲網(wǎng)的合理結(jié)構(gòu)把

對(duì)比了不同材料、不同生產(chǎn)工藝對(duì)鋁塑復(fù)合板用鋁板彎曲性能的影響,通過生產(chǎn)實(shí)踐找到了提高鋁塑復(fù)合板彎曲性能的最佳材料和生產(chǎn)工藝。

對(duì)稱結(jié)構(gòu)的竹材碎料復(fù)合板靜曲強(qiáng)度與彈性模量試驗(yàn)值與試件寬度無相關(guān)性。根據(jù)這一規(guī)律，用擬梁法研究了竹材碎料復(fù)合板受橫向載荷時(shí)的剛度特性和應(yīng)力分布特性，并推導(dǎo)出竹材碎料復(fù)合板靜曲強(qiáng)度和彈性模量的理論估計(jì)模型；提出了竹材碎料復(fù)合板的最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；對(duì)不同支承跨距時(shí)試件的破壞形式進(jìn)行了分析，提出了竹材碎料復(fù)合板在實(shí)際使用時(shí)的失效判據(jù)。

對(duì)稱結(jié)構(gòu)的竹材碎料復(fù)合板靜曲強(qiáng)度與彈模量試驗(yàn)值與試件寬度無相關(guān)性。根據(jù)這一規(guī)律，用擬梁法研究了竹材碎料復(fù)合板受橫向載地的剛度特性和應(yīng)力分布特性并推導(dǎo)出竹材碎料復(fù)合板靜曲強(qiáng)度和彈性模量的理論估計(jì)模型；

研究了泡沫鋁芯三明治板材u型彎曲工藝,建立了沖壓彎曲試驗(yàn)系統(tǒng),給出了泡沫鋁芯三明治板材彎曲變形模式和載荷位移曲線。綜合運(yùn)用試驗(yàn)、塑性力學(xué)理論分析了三明治板材沖壓彎曲宏微觀協(xié)調(diào)變形機(jī)制,以及泡沫鋁三明治板材沖壓成形板面-泡沫鋁芯間界面剝離、圓角半徑處過度減薄、泡沫鋁芯剪應(yīng)力裂紋等主要成形缺陷。探討了壓邊力和沖壓成形板厚的控制規(guī)律。

根據(jù)zn-22al合金板平面內(nèi)受力可提高初始剛度,通過改變合金板平面幾何形狀來提高屈服耗能能力的思想,提出一種可通過同時(shí)產(chǎn)生彎曲變形和剪切變形來實(shí)現(xiàn)耗能的新型zn-22al合金阻尼器,并利用有限元軟件ansys對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析,計(jì)算結(jié)果表明這種阻尼器初始剛度較大,滯回曲線飽滿、耗能效果好。在此基礎(chǔ)上,對(duì)安裝與未安裝該種阻尼器的鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇和罕遇地震作用下的動(dòng)力有限元模擬計(jì)算,從位移反應(yīng)、加速度反應(yīng)、層間位移角、柱底剪力4個(gè)方面對(duì)上述2種框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析,結(jié)果表明該阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)具有明顯的減震效果,是一種有效的耗能減震裝置。

對(duì)泡沫鋁合金部分填充方形鋁管三點(diǎn)彎曲性能進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn):泡沫鋁部分填充管承受的彎曲載荷和吸收的能量與空鋁管相比有顯著的提高,變形模式從單褶皺模式變?yōu)槎囫薨櫮Ｊ?泡沫鋁部分填充管承載能力和能量吸收能力隨著泡沫鋁孔隙率的減少而提高,但是達(dá)到極限載荷的位移變短;與全填充管相比,泡沫鋁部分填充管仍然可以承受較高的載荷,同時(shí)有效降低結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量,只有當(dāng)填充長(zhǎng)度大于有效填充長(zhǎng)度時(shí),泡沫鋁提高鋁管承載能力的作用才能充分發(fā)揮;部分填充管對(duì)空鋁管的彎曲載荷相對(duì)提高量隨鋁管壁厚減小而增大。