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夹芯泡沫铝硅梁的动态响应实验研究

【摘要】:夹芯结构是由强度较高的面板和轻质的芯层材料组成的一种复合材料。作为一种结构材料因为具有质量轻、弯曲刚度和强度大、抗冲击能力强、耐疲劳和隔热等优点,使得其在航空航天、汽车交通和船舶领域得到了广泛的运用,比如飞机尾架、汽车车身、潜艇等,其中的一些应用领域涉及动态冲击载荷的作用,因此,研究夹芯结构在动态冲击载荷下的动态响应,为其在设计和应用提供理论参考,具有较大的科学研究意义和工程应用价值。本文以开孔泡沫铝硅合金夹芯梁为研究对象,根据该夹芯梁的几何特性和梁的动态响应理论基础,基于霍普金森压杆动态加载装置,设计了夹芯梁结构的动态加载装置,并利用该装置开展了夹芯梁的动态冲击实验,分析了夹芯梁结构的破坏模式和破坏机理,讨论了不同参数对夹芯梁结构抗冲击性能和吸能性能的影响,具体内容如下: 1、根据梁的动态响应理论基础和夹芯梁的几何特点,基于霍普金森压杆装置,设计了夹芯梁的动态冲击加载和测量实验装置,分析了加速度信号的处理方法用于计算动态冲击过程中的撞击力时间历程曲线。 2、利用设计的实验加载和测量装置,开展了开孔泡沫铝硅合金对称夹芯梁结构的动态冲击实验,得到了夹芯梁结构的破坏模式以及冲击过程中的撞击力历程曲线。针对泡沫铝硅夹芯梁结构的破坏模式,分析了泡沫铝硅夹芯梁结构的破坏机理,讨论了不同参数对泡沫铝硅夹芯梁结构的抗冲击性能和吸能性能的影响。 3、开展了开孔泡沫铝硅合金非对称夹芯梁的动态冲击实验,研究了不同面板厚度对夹芯梁结构破坏模式的影响,采用高速摄影系统记录了动态冲击过程,结合泡沫铝硅夹芯梁变形过程中撞击力时间历程曲线,分析了非对称泡沫铝硅夹芯梁的破坏机理。 4、根据实验所得到的夹芯梁结构的破坏模式,结合虚功原理,分别从宏观和细观的角度理论推导了夹芯梁破坏极限载荷理论模型,并与实验结果进行了对比验证,理论模型与实验结果吻合较好。

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