冲击倾角下三星型-沙漏型内凹六边形复合微结构面内冲击动力学性能

倾斜荷载下的汽车碰撞事故时常发生,对多胞材料的力学响应会产生影响.该文以三星型-沙漏型内凹六边形复合微结构为研究对象,采用Hypermesh和Lsdyna联合仿真分析方法分析了冲击倾角(0～10°)和冲击速度(8～40 m/s)对该三星型-沙漏型内凹六边形面内冲击的变形模式和动力响应的影响,分别得到该微结构的变形模式、...     

多段填充复合蜂窝结构的动态响应特性研究

基于多胞材料独特的力学性能和微结构可设计性强的优势,提出一种多段三角形和六角形蜂窝填充能量吸收复合结构模型.利用显式动力有限元方法对该模型的动力响应特性和比吸能进行研究,重点讨论了不同恒定冲击速度下,蜂窝结构的排布及其相对密度对复合蜂窝结构宏观变形、动态平台应力、冲击载荷一致性和能量吸收能力的影响.研究结果表明,所设计的多段填充复合蜂窝结构能够让轴力和弯曲变形共同参与整体变形,实现I类和II类能量吸收结构的优势互补.通过对各段内微结构及段长的合理选择,复合蜂窝结构的冲击载荷效率明显提高,冲击应力波动幅度明显降低,能够有效地提高并控制蜂窝结构能量吸收效率.本文对完善多胞结构的耐撞性设计方法和控制能量吸收过程具有指导意义.     

面内冲击载荷作用下蜂窝材料单胞动态变形机制的研究

研究了面内冲击载荷作用下不同形状单胞的动态变形机制及能量吸收特性。在相对密度及单胞边长尺寸一致的条件下,讨论了三种不同形状的单胞（三角形、正方形和六边形）的冲击变形模态。在该基础上,分析了一定冲击速度下,几何拓扑结构对单胞能量吸收特性的影响,对于蜂窝材料的微结构设计具有指导意义。     

基于参数化建模的负泊松比微结构性能分析与优化

为提高分析微结构单胞结构参数对其力学性能影响的效率,提出一种基于ABAQUS二次开发的参数化建模方法。该文以双箭头负泊松比微结构为研究对象：基于ABAQUS二次开发设计参数化建模的图形用户界面(GUI),且采用3D打印方法制造样件开展准静态压缩试验,以验证上述参数化平台所建立有限元模型的准确性;基于此,建立峰值力和比吸能的响应面模型,采用NSGA-Ⅱ多目标遗传优化算法,以峰值力最小、比吸能最大为目标,以θ₁、θ₂、T_L、T_M为设计变量,对微结构的冲击性能进行优化,获得最优的微结构拓扑参数。与优化前微结构的冲击性能进行对比分析,结果表明峰值力降低了14.36%,比吸能增加了33.72%。     

二阶层级自相似六边形蜂窝的面内压缩行为

采用ABAQUS对一种二阶层级自相似六边形蜂窝的面内压缩行为进行了数值模拟,对其在不同冲击速度下的变形模式进行了研究,并通过能量平衡的方法建立了层级蜂窝面内压缩平台应力理论模型,理论结果与数值模拟结果吻合较好。研究结果表明,不同冲击速度冲击下层级蜂窝在面内压缩存在3种变形模式,分别为准静态模式(X Mode)、过渡模式(V Mode)以及冲击模式(I Mode)。冲击速度是影响层级蜂窝面内变形模式的主要因素,随着冲击速度的增加,层级蜂窝面内变形从准静态模式逐渐向冲击模式过渡。将层级结构引入到普通蜂窝中形成层级蜂窝,面内压缩变形时,一阶胞孔的孔壁变形是孔壁绕角点的旋转与孔壁长度缩短两种变形机制的组合。     

多胞金属在中低速冲击下的防护应力

文中通过理论和数值模拟研究了多胞金属在中低速冲击下的防护应力,发现防护应力在冲击过程中出现周期性卸载,这是由于弹性波在支撑端的反射所致. 结果发现与高速冲击情况不同,在中低速冲击下,蜂窝的平均防护应力会随着冲击速度的减小而增大;该现象可以用微结构的惯性效应来解释,此时若采用蜂窝的塑性坍塌应力将高估其防护应力. 最后给出了金属蜂窝在中低速冲击下防护应力的表达式,与数值计算结果吻合良好.     

冲击速度对开孔泡沫金属冲击动力学性能影响

利用有限元软件ANSYS中的LS-DYNA模块,建立起了泡沫金属胞元方孔模型,采用能更好反应实际情况的幂函数塑性模型,研究了冲击速度对泡沫金属冲击动力学性能的影响,对泡沫金属在冲击载荷作用下的应力传递和分布以及变形过程进行了数值模拟,分析了冲击速度对泡沫金属应力传递和分布以及变形的影响。研究表明,随着初始撞击速度的提高,泡沫铝屈服强度有所提高,应力传递速度和接触端面处的泡孔变形速度加快。     

微裂纹(群)在材料微结构内扩展的计算机模拟

在"材料结构弱点"概念及其特性理论的指导下,开发出具有自主知识产权的计算机模拟软件PreFailure.该软件针对实际工程材料,模拟单个微裂纹或一系列微裂纹(群)在材料微结构内的虚拟扩展过程,能够预测微裂纹(群)在材料微结构内的不规则扩展路径、几何形态与扩展程度,具备了定量推演材料"微结构虚拟失效"行为的功能.软件PreFailure的开发还为三维微裂纹(群)扩展的计算机模拟积累了大量的有效算法与经验,为采用计算机技术模拟三维微裂纹在材料微结构内的扩展过程奠定了基础.     

冲击荷载作用下多层道面体系动态性能试验

采用大型落锤冲击仪对一种新型多层道面体系进行了抗冲击性能试验研究.该新型多层道面体系自上而下依次为:沥青混凝土层、高强度混凝土层、复合水泥基层.作为对比试验,同时对传统的刚性(混凝土)道面和柔性(沥青)道面进行了落锤冲击下动态响应的试验研究,从损伤程度、破坏形式、变形特征以及加速度响应等方面对3种道面体系的抗冲击性能进行了对比和评估.研究表明,与传统的混凝土和沥青道面相比,在相同的冲击荷载作用下,新型多层道面体系损伤更小,抗冲击能力更强,延展性和吸能能力更好.     

微沟槽周期结构表面的磁性复合流体微纳光整研究及实验教学装置应用

针对磁性复合流体黏度可控的特性,研究一种微纳沟槽表面可控抛光加工方法及工艺,实现低成本、可控微纳结构表面加工技术,并将其应用于微纳加工实验教学。采用磁性复合流体作为抛光液,设计端面式和圆周面式两种磁性复合流体抛光机构;根据周期性微米级沟槽表面结构特点,采用圆周面式磁性复合流体抛光机构进行微结构表面抛光加工实验;设计加工工艺,通过实验对比微沟槽周期结构表面加工效果,验证了实验装置及微结构可控抛光加工方法的有效性,实现微沟槽周期结构表面材料可控去除加工。该装置结构紧凑,使用与维护成本低,有效填补面向机械专业制造类课程的微纳加工实验教学装置技术空白。     

基于三维多胞结构的汽车吸能盒优化设计

为改善汽车吸能盒在低速碰撞情况下的力学表现,将一种新型具有负泊松比效应的多胞结构设计为汽车前纵梁的吸能盒.通过对新型负泊松比多胞结构形状参数的研究,确立了多胞结构中特定的元胞几何参数及元胞层数作为优化变量,结构质量以及所吸收的能量作为优化目标.首先通过最优拉丁超立方的方法在变量空间内进行样本点的选取并采用ABAQUS进行有限元仿真计算,然后由Isight软件根据样本点的计算结果对优化变量与优化目标建立三阶响应面模型,最终采用NCGA对响应面模型进行优化.将优化结果进行RCAR(Research Council for Automobile Repairs)标准模型仿真计算,结果验证了这一新型负泊松比吸能盒可以在较小的质量下满足RCAR低速碰撞标准.     

高速磁悬浮车辆复合板抗冰雹冲击动力响应研究

为解决高速磁悬浮的抗冲击问题,建立了磁悬浮列车车身夹芯复合板的有限元模型和冰雹的SPH粒子模型,利用大型动力有限元分析软件LS-DYNA,模拟了列车高速行进过程中车身复合板遭受冰雹冲击的动力响应及损伤破坏问题.通过分析研究,给出了不同冲击速度下的复合结构的应力、应变计算结果,同时给出了冲击破坏模式.结果表明采用SPH方法模拟冰雹冲击行为具有合理性和准确性.      

冲击作用下水力驱动装置流固耦合动力学

研究反应堆控制棒水力驱动装置在冲击作用下的流固耦合动力学问题。针对系统受向上和向下冲击两种情况,以及系统不同的设计参数,采用商用软件MSC.DYTRAN计算了系统计算模型的动力学响应。计算结果表明水力驱动装置在冲击载荷下的响应与冲击方向、步进缸水柱长短有关。向下冲击比向上冲击使系统产生更大的响应;在同样的冲击下,步进缸水柱越长响应幅值越大。此分析结果可用来评估系统的抗冲击能力。     

流体中强冲击波的微观结构数值模拟研究进展

冲击波广泛存在于各种复杂系统中,对冲击波的研究,包括冲击雨贡纽和冲击波面动力学过程,在基础研究和工程应用上都具有重要意义.由于在强冲击载荷作用下,材料通常表现出流体的状态,因此本文主要关注流体中强冲击波的行为.本评述回顾了冲击波研究方法的发展过程并总结了各类研究方法的适用范围和特性,其中着重介绍了近期发展起来的电子力场方法.对比和展示了各类方法获得的冲击波面微观结构、非平衡效应、动力学过程以及冲击雨贡纽等研究结果,能够为复杂系统中冲击波的物理建模提供参考.     

二维多晶体材料微结构的力学响应计算

为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上.利用已开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维多晶体材料微结构模型,采用C程序设计和Python脚本语言混合编程的方法,开发出用于材料微结构有限元网格划分与细观应力响应计算的软件AutoRVE,这对评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效"行为具有指导意义.     

冲击荷载下金属填充梁柱钢节点动力学分析

基于胞元金属材料优良的冲击耗能性能,提出三种梁柱钢节点,分析芯料填充对钢节点冲击力学性能的影响。在现有试验的基础上,运用有限元分析软件,建立相应节点的计算模型,分别分析其在20m/s、50m/s和70m/s冲击工况下的变形模式、承载能力。通过节点核心区挠度、名义冲击应力和耗能效率来定量分析胞元金属填充钢节点的动力学响应。可以为极端工况下钢结构设计及灾后修复提供参考。     

大豆蛋白/κ-卡拉胶冷致凝胶的制备及控释特性

为构建具有控释特性的可食性输送载体,利用转谷氨酰胺酶交联大豆蛋白与κ-卡拉胶形成蛋白/多糖复合冷致凝胶,分析了复合凝胶的微结构与流变学性质,并将复合凝胶冷冻干燥压制成片剂,对其在模拟胃肠液中对核黄素的控释特性和释放动力学进行了分析.结果表明:复合凝胶呈现致密的网络结构,κ-卡拉胶的加入增强了复合凝胶的强度和硬度,荷载核...     

曲率对旋转爆轰传播特性的影响

通过数值模拟研究了爆轰波在环形管道内传播时的胞格结构.数值模拟基于带化学反应的二维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对旋转爆轰的传播进行了数值研究.结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀.而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大.随着内外径曲率的变化,环形管道中的胞格结构发生相应的变化,且呈周期性的消失和再生.     

冲击孔偏置对静叶前缘和吸力面冷却性能的影响

采用流热固耦合方法数值研究了真实叶片材料热物性条件下叶片前缘冲击腔室内冷却射流的流动及换热特性。分析了冲击孔的偏置距离(2.5 mm、5.0 mm、7.5 mm和10.0 mm)及冲击冷气与主流的质量流量比(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%)对前缘面复合冷却性能、冲击靶面对流换热性能及吸力面气膜冷却性能的影响。研究表明：冲击孔偏置结构会对叶片前缘区域的冷却产生显著的影响,偏置距离较小时会削弱前缘面复合冷却性能及靶面对流换热性能,而偏置距离较大时能同时强化前缘面复合冷却性能及靶面对流换热性能,尤其是对靶面对流换热性能的提高效果非常显著。4个冲击孔偏置结构中,偏置距离最大的结构相较于无偏置结构的靶面平均努塞尔数最多提高了约33.97%;吸力面的气膜冷却性能大体上与冲击孔到吸力面气膜孔的周向距离呈现出负相关性,冲击孔距吸力面气膜孔越远,吸力面的气膜冷却性能越弱;相较于无偏置结构,冲击孔偏近及偏离气膜孔布置时吸力面平均气膜有效度最多分别提高了约5.56%和降低了约10.96%;当冲击冷气的质量流量比较小时,增大冷气的质量流量比能有效提高叶片前缘冷却性能。前缘面平均综合冷却效率、...     

拟膜分析法及应用

将具有周期性微结构的平面网格结构比拟成均匀的连续体一拟膜,通过分析连续体的力学响应预测原网格结构的响应．根据两者在面内力学行为上的等效性,拟膜的弹性本构参数可由网格结构单胞的材料和几何参数解析表示．分析发现：当原网格结构单胞中各个杆件保持材料性质不变,而面内的几何尺寸扩大相同倍数时,拟膜的弹性本构保持不变,称这种性质为网格结构的几何内禀性．数值算例进一步证实这个结论及拟膜分析法的正确性．