作者:陈建波等 来源:《复合材料科学与技术》 发布时间:2023/7/27 16:59:47
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易拉罐可制备成汽车碰撞吸能材料

 

记者7月27日从湖南大学获悉,该校教授侯淑娟科研团队报道了利用废旧易拉罐为原料,通过一种简单高效的制备方法,实现易拉罐与PU泡沫的复合,获得了具有超高比吸能的能量吸收复合结构,该复合结构具有低成本、易制备、可持续等优点。

此为团队制备的复合吸能材料在准静态载荷下的变形模式。受访者 供图

相关研究近日发表在Composites Science and Technology上,论文第一作者为湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室博士生陈建波,通讯作者为侯淑娟。合作者还包括湖南大学副教授刘文洋、毛贻齐以及英国提赛德大学副教授Eric Li。

安全、环保、节能是汽车发展的三大主题。全球每年丢弃的易拉罐数量巨大,作为典型的薄壁构件,若能循环再利用,将其用于碰撞吸能结构设计,不仅可以延长易拉罐的使用周期,还可以满足低碳制备的环保要求,同时也契合汽车发展的主题。固废循环再利用的研究具有重要的环保意义与应用价值。

研究展示了延长易拉罐使用寿命与周期的技术路线图和超高比吸能复合结构的制备过程。实验结果显示,泡沫密度影响着变形模式的转换,不同的变形模式对能量吸收会产生重要影响。试样中不同材料之间会产生耦合效应,能够显著地提高结构的能量吸收能力。

该研究选择了在准静态载荷下以Concertina pattern 发生屈曲的试样作为代表性试样,进行了动态冲击实验研究。由于易拉罐独特的结构特征,结果显示第一个动态塑性屈曲折叠波瓣均出现在罐身过渡区域,并以较低的冲击力触发结构产生渐进塑性屈曲。另一结果则展现了试样在不同冲击速度下详细的压溃过程,其能够实现稳定的变形模式,褶皱波瓣规则,这对能量吸收非常有益。

另外,研究展示了冲击后的试样在不同方向视角下的变形模式,未发现折叠波瓣中出现断裂等破坏现象,试样能够以Concertina-like pattern的稳定模式发生压溃变形。该结果充分表明了易拉罐材料具有优异的韧性与抗冲击性能,进一步证明了其在碰撞吸能领域的应用前景。

通过与其他典型吸能材料的性能对比,无论在比能量吸收还是在压溃力效率方面,该复合结构都具有显著的优势,展现出优异的吸能特性。其比能量吸收性能优于其他典型能量吸收器件、管状结构(金属材料和纤维增强复合材料)、超材料以及先进生物材料等。

该研究充分证明了基于固废材料制备的低成本复合结构具有超高比吸能与优异抗冲击性能,由于其主体材料来自于废旧易拉罐,该复合结构具备大规模制备的优势,在碰撞吸能领域具有广阔的应用前景。同时,该研究也为废旧易拉罐的循环再利用提供了一种新途径,对环境、工程和社会效益具有重要的积极影响。

研究得到了国家自然科学基金优青项目资助。(来源:中国科学报 王昊昊)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110047

 
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