梯度泡沫金属填充管的耐撞性和吸能模块设计

基本信息
批准号:11772330
项目类别:面上项目
资助金额:68.00
负责人:虞吉林
学科分类:
依托单位:中国科学技术大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵凯,王鹏,丁兆洋,万锐,常白雪,彭克锋
关键词:
耐撞性动态吸能多孔材料应力波薄壁吸能结构
结项摘要

Metallic foams and tubular structures have stable dynamic crushing characteristics and excellent energy absorption capacity. Introducing graded metallic foams to filling tubular structures may improve the space utilization and the structural crashworthiness, but unreasonable design may bring negative effects. Some studies have focused on the dynamic impact behavior of graded metallic foams with a given density/strength distribution, but few studies carried out the gradient design from the view of crashworthiness requirements. Studies to guide the crashworthiness design of metallic foam-filled tubular structures from the perspective of stress wave propagation characteristics have not available in the literature. Hence a new conceptual design method will be proposed in this project which aims to develop new-type lightweight composite structures with graded metallic foam as the filling material from the perspective of the stress wave propagation characteristics and the crashworthiness requirements, taking the advantage of using graded foam to control the crushing process. It also aims to reveal the interaction mechanism of meso-structures and suggest the design method of energy-absorbing modules. This project focuses on the construction methods of tubular structures, the optimization of the graded metallic foam filling and the installation method of energy-absorbing modules. The crashworthiness of composite structures under different loading conditions will be evaluated and energy-absorbing units, which can be adapted to a wide range of engineering applications, will be developed by a combination of theoretical analysis, finite element simulations and experimental investigation. The research of this project is of great significance to the engineering application of lightweight composite structures.

泡沫金属和管状结构都具有稳定的动态压溃特性和优异的能量吸收能力,引入梯度泡沫金属填充管结构可改善空间利用率和提高结构耐撞性,但不合理的设计可能带来负面的影响。已有的研究主要集中在探讨已知密度或强度分布的梯度泡沫金属的动态冲击行为,较少从耐撞性需求角度指导梯度的设计,未见有研究从应力波传播特性的角度指导梯度多胞金属填充管结构的耐撞性设计。本项目提出一种新概念设计方法,拟从应力波传播特性和耐撞性需求的角度以及可利用梯度泡沫调控压溃过程的优势,发展以梯度泡沫金属作为填充材料的新型轻质复合结构,揭示细观结构的相互作用机制,探讨吸能模块的设计方法。重点探讨填充管的构造方式、梯度泡沫金属填充的优化和吸能模块的安装方式。通过理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,对复合结构在各种冲击情形下的耐撞性进行评估,进而发展可适应于多种工程应用的吸能单元。本项目的研究对轻质复合结构的工程应用具有重要的意义。

项目摘要

引入梯度泡沫金属填充管结构可改善吸能结构的空间利用率和提高结构耐撞性,但不合理的设计可能带来负面的影响,亟需从耐撞性需求的角度指导梯度的设计。本项目以理论分析、数值模拟和实验测试相结合的方法,深入探讨了泡沫金属的率敏感性本构模型、梯度泡沫金属填充结构的耐撞性设计方法和吸能模块在实际碰撞中的新概念设计及应用,取得了预期的研究成果。.(1) 发现了多胞材料椭圆屈服面的变椭圆率行为,改进了Deshpande-Fleck泡沫本构模型;发展了计及应变率敏感性的单轴压缩细观统计本构模型,提出了材料参数的实验测试方案。.(2) 提出了非等长内外管、“外方内圆”双管以及双方管等泡沫填充结构设计,降低了初始峰值力,提高了轴压平均力及比吸能等,增强了复合结构的抗斜压能力。.(3) 发展了计及率敏感性的梯度多胞材料的耐撞性反向设计方法,提出了密度分布的显式渐近级数解,数值模拟和冲击实验验证了该设计方法的简便性、精准性和实用性。.(4) 提出了梯度泡沫金属填充管的动态压溃行为的理论分析模型及耐撞性反向设计方法,建立了梯度泡沫填充圆管的抗爆理论分析模型,阐明了梯度参数与管壁厚对变形模式的影响规律。.(5) 探讨了泡沫金属填充结构作为吸能模块在车辆正碰和侧碰中的新概念设计与应用,提出了前防撞吸能盒、座椅横梁及门槛元件的填充设计,显著地提高了结构的抗弯能力和耐撞性。.(6) 揭示了均匀、密度梯度和形状梯度多胞结构中的弹性应力波传播规律,建立了理论分析模型并获得了解析解,阐明并揭示了密度和形状梯度分布对波传播的调控作用和机理。.相关成果发表在 Int. J. Impact Eng., Int. J. Mech. Sci., Acta Mech. Sin., Int. J. Crashworthiness 等国内外重要期刊上。该课题的研究为根据耐撞性要求的主动设计提供新思路,对轻质复合结构的工程应用具有重要的意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
3

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
4

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

DOI:
发表时间:2016
5

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022

虞吉林的其他基金

批准号:90916026
批准年份:2009
资助金额:310.00
项目类别:重大研究计划
批准号:10072059
批准年份:2000
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:19672060
批准年份:1996
资助金额:9.50
项目类别:面上项目
批准号:90205003
批准年份:2002
资助金额:67.00
项目类别:重大研究计划
批准号:10672156
批准年份:2006
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:11372307
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于自适应混合代理模型的功能梯度泡沫填充多胞结构的耐撞性优化设计理论研究

批准号:11302075
批准年份:2013
负责人:尹汉锋
学科分类:A0813
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

吸能导向抗撞结构的主从关联耐撞性拓扑优化方法及概念设计

批准号:51675059
批准年份:2016
负责人:雷正保
学科分类:E0506
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
3

功能梯度泡沫材料缓冲吸能特性及优化设计研究

批准号:11072202
批准年份:2010
负责人:薛璞
学科分类:A1202
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
4

铝基复合泡沫填充管结构爆炸冲击破坏机理及吸能性能研究

批准号:51578201
批准年份:2015
负责人:张博一
学科分类:E0810
资助金额:62.00
项目类别:面上项目