功能梯度泡沫材料缓冲吸能特性及优化设计研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11072202
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    38.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1202.冲击动力学
  • 结题年份:
    2013
  • 批准年份:
    2010
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

功能梯度材料是应高技术发展需求,满足材料在极端环境下工作而开发的一种新型材料。通过使材料几何/物理参数连续梯度变化,最大限度地改善材料的性能和效率。近几年,功能梯度的概念被推广应用于泡沫材料,并且关于功能梯度泡沫材料的研究正在兴起,成为日益关注的热门课题。本项目将通过实验与数值模拟手段研究和优化功能梯度泡沫材料的缓冲吸能特性。首先基于理论与实验分析,建立功能梯度泡沫材料的本构模型。然后,通过数值分析和实验研究,分析梯度介质中应力波的传播和能量吸收机理,掌握功能梯度泡沫材料在冲击载荷下的能量吸收行为特征,以及材料梯度变化规律与宏观力学性能之间的关系,获得提高功能梯度泡沫材料缓冲吸能特性的途径,为功能梯度泡沫材料的抗冲击优化设计、开发和工程应用提供依据。最后,针对飞机结构常用的典型吸能元件,优化设计泡沫材料的梯度变量,最大限度地改善结构的缓冲吸能效率,从而提高结构的安全可靠性。

结项摘要

功能梯度材料是应高技术发展需求,满足材料在极端环境下工作而开发的一种新型材料。近几年,功能梯度的概念被推广应用于泡沫材料,并且关于功能梯度泡沫材料的研究正在兴起,成为日益关注的热门课题。..本项目通过实验与数值模拟手段,针对胞元的微观几何尺寸或材料密度按设定方式连续变化的功能梯度泡沫材料,研究和优化功能梯度泡沫材料的缓冲吸能特性。首先开展了多孔材料的霍普金森压杆动态性能测试与数据采集分析技术研究,探索了粘弹性霍普金森压杆中应力波的衰减、弥散预报和修正,克服了被测软材料的低波阻抗导致的测试信号微弱,以及所需加载脉冲宽的问题。接着选具有不同孔隙率、不同密度的均匀泡沫材料,包括孔隙率大于70%的泡沫铝材料,和中等密度的韧性多孔铁材料(孔隙率10%至70%),在应变率变化为102s-1--104s-1的范围内,用改进的SHPB实验技术完成软材料在冲击环境下的性能测试,开展了具有不同孔隙率的多孔材料在不同应变率下的动态特性研究,研究应变率及孔隙率对材料的屈服强度、承载能力及能量吸收性能的影响。基于理论与实验分析,研究了功能梯度泡沫材料的本构模型。分析梯度介质中应力波的传播和能量吸收机理,掌握功能梯度泡沫材料在冲击载荷下的能量吸收行为特征,以及材料梯度变化规律与宏观力学性能之间的关系,为功能梯度泡沫材料的抗冲击优化设计、开发和工程应用提供依据。除此之外,本项目通过数值分析方法,更深入地研究了多孔材料在冲击载荷下的行为,并通过试验结果验证了数值建模及分析的有效性。最后,针对飞机结构常用的典型吸能元件,优化设计泡沫材料的梯度变量,最大限度地改善结构的缓冲吸能效率,从而提高结构的安全可靠性。..通过本项目对功能梯度泡沫材料缓冲吸能特性及优化设计研究,得到了许多有益的成果,有本课题资助的论文共21,其中SCI收录文章11篇,EI收录文章12篇。除此之外,作者和余同希教授专著《工程塑性力学》也由高教出版社出版发行。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(0)
Flexible Textile Strain Sensors from PPy-coated XLA Elastic Fibers
由 PPy 涂层 XLA 弹性纤维制成的柔性纺织品应变传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    High Performance Polymers
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    P.Xue;J.P. Wang;X.M. Tao
  • 通讯作者:
    X.M. Tao
Experimental study, on strain rate sensitivity of ductile porous irons
球墨铸铁应变率敏感性的实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijimpeng.2011.06.001
  • 发表时间:
    2012-10
  • 期刊:
    International Journal of Impact Engineering
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Xue, P.;Iqbal, Naveed;Liao, H. J.;Wang, B.;Li, Y. L.
  • 通讯作者:
    Li, Y. L.
Strain Sensing Behavior and Its Mechanism of Electrically Conductive PPy-Coated Fabric
导电PPy涂层织物的应变传感行为及其机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Advanced Engineering Materials
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    P. Xue;J.P. Wang;X.M. Tao
  • 通讯作者:
    X.M. Tao
Deformation Mechanism of a Typical Fuselage Section under a Vertical Crash
垂直碰撞下典型机身截面的变形机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Latin American Journal of Solid and Structure
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    P. Xue;M.L. Ding
  • 通讯作者:
    M.L. Ding
Determination of the wave propagation coefficient of viscoelastic SHPB: Significance for characterization of cellular materials
粘弹性 SHPB 波传播系数的测定:对多孔材料表征的意义
  • DOI:
    10.1016/j.ijimpeng.2013.11.010
  • 发表时间:
    2014-12
  • 期刊:
    International Journal of Impact Engineering
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Butt, Hafiz Sana Ullah;Xue, Pu
  • 通讯作者:
    Xue, Pu
共 10 条
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    Applied Mathematics and Mechanics (English Edition )
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵士洋;薛璞;彭雄奇;王琰
  • 通讯作者:
    王琰
共 8 条
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