吸收能量
關注創建者：朱昊 創建時間：2022-01-15
吸收能量的視頻教程
纖維金屬層板沖擊模型的建立與結果分析
問題三：輸出設置，即研究的內容 (1) 層合板的損傷：損傷形式，損傷區域，損傷形貌等等 (2) 如果為低速沖擊：層板是否穿透、層板吸收的能量 (3) 如果為高速沖擊：剩余速度，層板吸收的能量
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PCGrate 光柵設計軟件
案例1：TM偏振的紫外球面波入射帶氧化膜的鋁球面光柵 計算：不同波長、不同反射角的穩態能量、吸收、-1/0級的反射效率 一、全局設置 1. 求解器設置： 選擇求解器類型； 選擇底部邊界電導率類型； 設置求解精度。 2.
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吸收能量的實例教程
導讀：晶格結構具有重復、多孔等特性，能夠吸收振動能量，實現抗沖擊的特性。因此，備受運動以及軍用裝備的青睞。
△General Lattice頭盔晶格
南極熊獲悉，數字制造軟件公司General Lattice, Inc.正在開發預測建模工具包，根據真實數據設計和生成晶格材料，用于改進美國陸軍作戰頭盔的沖擊吸收技術。為此，General Lattice已于2021年9月21日宣布與美國陸軍簽訂合同，進行為期一年的研發項目。據悉，項目目前正在伊利諾伊州芝加哥的General Lattice工廠進行。作為項目的一部分，General Lattice將與軍事和聯邦服務提供商All Points Logistics LLC和快速制造公司GoProto, Inc.合作。
晶格材料改造傳統設計
傳統泡沫材料的功能幾乎已經達到了可開發的盡頭，晶格材料成為了普遍公認的替代性、創新性材料。隨著3D打印晶格結構技術和材料的不斷改進，這類結構對于吸收沖擊能量的優勢愈發明顯，并逐漸被制造商認可并廣泛應用，尤其是用于改善健康和安全。
△General Lattice的3D打印晶格結構。照片來自General Lattice
許多公司都在積極設計和驗證3D打印晶格結構產品，尤其是鞋類產品。阿迪達斯和Carbon聯合推出的Tokyo Collection 4DFWD跑鞋利用領結形FWDCELL格子中底將緩沖性能提高了23%，在垂直負載下的前向運動增加了三倍，同時將峰值制動力降低了15%。
展開 能量吸收裝置采用的鋼密度為7650kg/m3，彈性模量為207GPa，泊松比為0.3，屈服強度為1000MPa，極限強度為1100MPa。模型劃分了7536個網格單元。數值模型如圖所示。
Figure5 numerical simulation model
3.2 Test curve
防沖吸能構件壓縮過程的荷載位移曲線如圖6所示，呈上下波動的“W”型。構件屈服荷載為4966.8 kN，變形過程中最小承載力為2539.4 kN，平均讓位承載力為3576.2 kN。
Figure 6 . Force - displacement curve of test
構件初始發生彈性變形，承載力迅速上升，變形較小。緊接構件中部折紋區域首先發生變形，外凸與內凹折紋受擠壓分別向外向內變形，構件上半部發生潰縮，同時折疊區域產生堆疊變形。上部端口內收折疊后，構件下半部開始潰縮直至整個構件完全壓潰。證明了該構件有穩定的變形吸能過程。
試驗和數值模擬的力-位移曲線對比圖如圖7所示。分別取曲線的峰值谷底為關鍵點進行分析。第一個曲線上升段試驗和模擬的峰值分別為：4966405N、4815311N，差值為3.0%。第一個曲線下降段試驗和模擬的谷底分別為：2557452N、2438766N，差值為4.6%。第二個曲線上升段試驗和模擬的峰值分別為：3769536N、4459408N，差值為15.5%。總的來說，兩組的波動趨勢基本一致，極值位置的最大誤差也在試驗值的20%以內。
Figure9 .
展開 試驗時，可根據測試材料吸收能量的情況來選擇落錘的總重量，以達到標準要求的速度衰減要求。溫度控制箱的溫度范圍在-40~70℃范圍內，低溫時可用液氮進行降溫。電子采集系統可全程連續采集落錘將材料樣板擊穿過程中的時間、力值、位移和能量等數據，最終得出時間-位移-能量曲線，結合樣件的斷裂面形態確定材料的斷裂方式。
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多軸沖擊試驗結果分析方法
測試結束后，對材料樣板沖擊韌性的評價主要從兩個方面進行，其一是從樣件刺穿過程力值變化和能量吸收情況；其二是直觀地根據樣件的斷裂面進行評價。
3.1 時間-載荷-能量曲線
如圖1所示為多軸沖擊結果曲線圖，圖中FM：最大力；LM：最大力時的撓度；EM：最大力時的吸收能量；LP：刺穿撓度；EP：刺穿吸收能量。
圖1 多軸沖擊試驗結果曲線
時間-載荷-能量雙縱軸曲線，時間-載荷曲線中的最高點為樣板被擊穿過程中的最大載荷，其對應的時間點在時間-能量曲線中的能量為最大載荷時樣板所吸收的能量。時間-能量曲線的最高點表示樣板被擊穿前后所吸收的總能量。一般情況下，最大載荷時吸收的能量越高，代表材料受到沖擊時吸能效果越好，但還需結合樣件的斷裂面形態才能確定材料的斷裂方式。
展開 同時，碰撞吸收能量為29868N·mm。
4.2 腹部碰撞區域
由于扶手盒結構的限制，緩沖泡沫未能直接作用在腹部碰撞區域，因此，緩沖泡沫對腹部的吸能影響很小，腹部碰撞區域結果如圖6所示，
由圖6可以看出，當T=0.0104s時，內飾板潰縮空間為30mm，此時，胸部的最大沖擊力為1301N，滿足設計要求（在潰縮空間30mm范圍內，內飾板沖擊接觸力≤2.5KN）。同時，碰撞吸收能量為16213N·mm。
4.3 骨盆碰撞區域
在骨盆碰撞相應的區域內設置了緩沖泡沫，對比分析了有無緩沖泡沫的情形下，內飾板沖擊接觸力和碰撞能量吸收的變化，骨盆碰撞區域結果如圖7所示，
由圖7可以看出，當T=0.0085s時，內飾板潰縮空間為25mm，此時，有無緩沖泡沫，骨盆的最大沖擊力分別為834N、729N，滿足設計要求（在潰縮空間25mm范圍內，內飾板沖擊接觸力≤3.0KN）。同時，有無緩沖泡沫，碰撞吸收能量分別為7184 N·mm、5352N·mm，緩沖泡沫占內飾板總成吸收能量的34%。
5 分析與結論
運用HyperMesh進行前處理，RADIOSS求解數據可很好的模擬車門內飾板總成側侵入碰撞，通過分析，車門內飾板總成側侵入碰撞滿足乘員傷害指標，且緩沖泡沫在骨盆碰撞中有很好的吸能效果，從而保證了產品的順利開發。分析結論表明：
（1）緩沖泡沫在骨盆碰撞中占內飾板總成吸收能量的34%；
（2）在潰縮空間內，胸部、腹部、骨盆的最大沖擊力均低于設計指標，滿足要求；
（3）骨盆碰撞中，骨盆最大沖擊力遠低于設計指標，因此，緩沖泡沫結構對內飾板總成的能量吸收還有很大的提升空間。
6 參考文獻
[1] Paden M, Scurfield R Sleet D, et al.
展開 韌性，表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好，則發生脆性斷裂的可能性越小。是指材料受到使其發生形變的力時對折斷的抵抗能力，其定義為材料在破裂前所能吸收的能量與體積的比值。
材料變形時吸收變形力的能力。
材料的斷裂前吸收能量和進行塑性變形的能力。與脆性相反，材料在斷裂前有較大形變、斷裂時斷面常呈現外延形變，此形變不能立即恢復，其應力--形變關系成非線性、消耗的斷裂能很大的材料。
通常以沖擊強度的大小、晶狀斷面率來衡量。韌性是表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好，則發生脆性斷裂的可能性越小。韌性的材料比較柔軟，它的拉伸斷裂伸長率、抗沖擊強度較大；硬度、拉伸強度和拉伸彈性模量相對較小。而剛性材料它的硬度、拉伸強度較大；斷裂伸長率和沖擊強度就可能低一些；拉伸彈性模量就較大。彎曲強度反應材料的剛性大小，彎曲強度大則材料的剛性大，反之則韌性大。在ASTMD790彎曲性能標準試驗方法中說，這些測試方法適合于剛性材料也適合于半剛性材料。未說它適合于韌性材料，所以韌性很大的彈性體是不會去測試彎曲強度的。以上說的韌性和剛性與測試的力學性能關系是相對的。可能會出現意外。例如用玻纖增強塑料后，它的剛性變大，但也可能出現拉伸強度和沖擊強度都增加的可能。
在沖擊，震動荷載作用下，材料可吸收較大的能量產生一定的變形而不破壞的性質稱為韌性或沖擊韌性。建筑鋼材(軟鋼)、木材、塑料等是較典型的韌性材料。路面、橋梁、吊車梁及有抗震要求的結構都要考慮材料的韌性。剛性和脆性一般是連在一起的。脆性是指當外力達到一定限度時，材料發生無先兆的突然破壞，且破壞時無明顯塑性變形的性質。脆性材料力學性能的特點是抗壓強度遠大于抗拉強度，破壞時的極限應變值極小。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等都是脆性材料。
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吸收能量的最新內容
結果表明，雖然不同織構對整體折疊形貌的影響并不總是非常顯著，但對壓潰力–位移曲線、平均壓潰力和能量吸收能力具有明顯影響。尤其是在角部、水平鉸線和錐面等局部大塑性區域，晶粒取向會持續演化，形成不同的局部織構模式。文章還指出，拉伸織構和壓縮織構在不同壓潰模式下表現出不同的吸能優勢，這說明“材料制造歷史”并不是可以忽略的背景信息，而是可能影響結構服役性能的重要因素。
表2：樣品A與樣品B的機械力學性能與能量吸收特征對比
樣品
彎曲模量 (MPa)
斷裂伸長率 (%)
斷裂強度 (MPa)
破壞韌性 (MJ/m3)
缺口沖擊強度 (KJ/m2) (-30℃ 低溫環境)
▲ 圖4：樣品A與B的機械性能。
動態調整的四步求解流程如下：
?
編輯
可配置時間步長 · 阻尼系數 · 摩擦接觸參數
相比傳統純幾何調整方式，動態求解的優勢十分顯著：
?
編輯
?
編輯
PART/3
座椅發泡預壓處理
座椅在乘員入座后會產生顯著的變形與預壓縮，若在碰撞仿真中忽略這一初始狀態，座椅中泡沫材料將從未變形狀態開始響應，導致接觸力和能量吸收特性嚴重失真
動態調整的四步求解流程如下：
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編輯
可配置時間步長 · 阻尼系數 · 摩擦接觸參數
相比傳統純幾何調整方式，動態求解的優勢十分顯著：
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編輯
PART/3
座椅發泡預壓處理
座椅在乘員入座后會產生顯著的變形與預壓縮，若在碰撞仿真中忽略這一初始狀態，座椅中泡沫材料將從未變形狀態開始響應，導致接觸力和能量吸收特性嚴重失真
核心性能：各有千秋
減震性：鑄鐵的微觀結構（石墨形態）就像無數個小海綿，能有效吸收振動能量。在平臺上敲擊或者加工時，振動衰減很快，工件放上去很穩。而鋼板是彈性材料，振動會像鐘聲一樣傳播、反彈。這對精和密測量和加工是致命的。
承載力與韌性：這是鋼板平臺的強項。在相同厚度下，鋼板的抗拉強度和抗沖擊能力遠高于鑄鐵。
剛性好：能承受重載不變形
耐磨性強：長期使用不易磨損
阻尼性能好：能有效吸收振動能量
對于重載場景（10-50噸），還可選用QT600球墨鑄鐵，韌性更強，抗沖擊性更好。
2. 處理工藝：兩次時效是“靈魂”
好的裝配平臺，必須經過兩道熱處理工序：
人工退火（600℃-700℃）：消除鑄造內應力
自然時效（2-3年）：讓材質內部應力充分釋放
為什么這么重要？
剛性好：能承受重載不變形
耐磨性強：長期使用不易磨損
阻尼性能好：能有效吸收振動能量
對于重載場景（10-50噸），還可選用QT600球墨鑄鐵，韌性更強，抗沖擊性更好。
2. 處理工藝：兩次時效是“靈魂”
好的裝配平臺，必須經過兩道熱處理工序：
人工退火（600℃-700℃）：消除鑄造內應力
自然時效（2-3年）：讓材質內部應力充分釋放
為什么這么重要？
鑄鐵內部的石墨組織能有效吸收和衰減振動能量，其阻尼系數是普通鋼材的6至10倍。這意味著在嘈雜的車間環境中，鑄鐵平臺能為檢測工作提供一個“靜默”的穩定基準，確保測量結果的真實性。例如，在汽車零部件企業的實測對比中，鑄鐵平臺比鋼結構平臺的測量誤差減少顯著。
2. 良好的熱穩定性
鑄鐵材料的熱膨脹系數較低，對車間環境溫度的變化不敏感。
當激振器在工作臺上施加高頻振動時，鐵地板憑借鑄鐵材質的高阻尼特性，能迅速吸收和耗散振動能量，防止反射波干擾測試數據。簡單來說，它讓被測件“振得真實”，而不是“振得混亂”。
2. 精和密測量的“絕和對基準”
在三坐標測量機或激光跟和蹤儀下方，鐵地板提供了微米級的平面度基準。無論工件在臺面上移動到哪個位置，測量精度始終如一。對于需要反復校準的光學實驗，這塊“基準板”的價值更是無可替代。
什么是CMOS圖像傳感器？2個月前
兩者都利用了光電效應，當光粒子[1]/光子被原子吸收并將能量傳遞給原子中的電子時，就會發生光電效應。
如果吸收了足夠的能量，原子就會發射出電子，從而在半導體材料中產生負電荷。圖像傳感器中吸收光、產生電子的區域被稱為光電二極管。光電二極管被排列成一個陣列，可以測量聚焦在其表面的光的顏色和強度。
在CCD傳感器中，來自光電二極管的電子被捕獲到一系列電容器中，然后進行放大。
