泡沫填充蜂窝材料冲击载荷下的缓冲吸能机理研究

基本信息
批准号:11602255
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:刘平
学科分类:
依托单位:中国工程物理研究院总体工程研究所
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王相玉,邓宏见,曾飞,白永钢
关键词:
物质点法缓冲吸能泡沫填充蜂窝材料内部细观结构动力学分析
结项摘要

Foam filled honeycomb materials, which are high-performance energy absorption materials, have found their applications in various transportation equipments. Their application to accident-resistant packaging container is of great prospect. Existing researches mostly concern their static behaviors, and homogeneous models are commonly adopted in numerical simulations. Therefore dynamic material behaviors are not concerned and the influences of mesoscopic structures are not stressed. Dynamic material behaviors and energy absorption mechanisms are to be studied herein with Material Point Method. Full size mesoscale structure is modelled to obtain the energy absorption mechanism under impact loading. Then the deformations of internal meso-structure and the mechanisms of mesoscopic failure modes are identified to derive the influences of mesoscopic structure parameters to macroscopic energy absorption ability. Optimized meso-structure parameters for the best energy absorption ability are obtained through optimization process, in which the collapse loading of the sturcture is fixed. The results provide the guidances for the applications of foam filled honeycomb materials in engineering applications, especially as dynamic energy-absorption cushions.

泡沫填充蜂窝材料是承载能力高的缓冲吸能材料,目前已被应用于各种运输工具中,在抗事故包装箱中有重要的应用前景。已有的数值研究多取均匀化材料模型,动态力学响应研究较少,且未体现材料细观结构的影响。本项目拟采用物质点法对泡沫填充蜂窝材料进行动态冲击响应研究。建立全尺寸的细观物质点模型,研究冲击载荷下内部细观结构的变形,探讨不同失效模式的宏观缓冲吸能机理,给出细观结构参数对缓冲吸能效果的影响规律;在保证承载能力的情况下进行结构优化,得到最优缓冲吸能时的结构参数。本项目的研究成果将对泡沫填充蜂窝材料在工程领域的应用,特别是作为缓冲吸能材料,起重要的指导作用。

项目摘要

泡沫填充蜂窝材料是承载能力高的缓冲吸能材料,目前已被应用于各种运输工具中,在抗事故包装箱中有重要的应用前景。已有的数值研究多取均匀化材料模型,动态力学响应研究较少,未体现材料细观结构的影响。本项目采用物质点法研究了泡沫填充蜂窝材料在动态冲击载荷下的缓冲吸能机理。基于泡沫铝细观理论模型和物质点法,建立了泡沫填充蜂窝材料的细观物质点模型。泡沫细观物质点模型的应力应变曲线与实验结果吻合,泡沫填充复合材料细观物质点模型的变形失效模式与实验结果一致,验证了该模型的可行性。研究填充泡沫密度和加载应变率对变形损伤和吸能效果的影响:填充泡沫和蜂窝分别通过塑性变形和屈曲变形吸能,填充泡沫对蜂窝吸能效果增强效应显著。本项目的研究成果对泡沫填充蜂窝材料在工程领域的应用,特别是作为缓冲吸能材料,起重要的指导作用。本项目基本完成了项目申请时的预期目标。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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