胞元结构对点阵多孔材料力学性能的影响

为丰富点阵多孔材料的胞元结构,提高点阵多孔材料力学性能,文中以PA12(尼龙)粉末为原料,采用激光粉末烧结(SLS)技术制备了正立方体、小斜方截半立方体和大斜方截半立方体3种晶胞单元结构的尼龙点阵多孔材料试样,并通过准静态压缩试验获得了3种不同胞元结构的尼龙点阵多孔材料的工程应力应变数据。结果表明,胞元结构对尼龙点阵多孔材料的压缩强度、弹性模量等力学性能影响较大;小斜方截半立方体尼龙点阵多孔材料在3种胞元结构中表现出最优的力学性能。最后,通过扫描电镜对断口形貌进行观察与分析,发现尼龙点阵多孔材料的加工缺陷会影响其力学性能;准静态压缩的尼龙点阵多孔材料其断裂模式为韧性断裂,与试验结果一致。     

多孔材料的特性分析

本文综述了多孔材料的特点、类型,分析了多孔材料的各种特性并讨论了多孔材料发展和应用的制约因素,进一步讨论了多孔材料研究的发展方向。     

CFETRCS模型线圈导体绕组等效材料性能研究

中国核聚变工程试验堆中心螺线管线圈(China fusion engineering test reactor central solenoid,CFETR CS)模型线圈管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)绕组是由超导电缆、不锈钢铠甲绝缘材料组成,在空间上呈周期性分布的大型复杂绕组结构。在进行中心螺管模型线圈分析过程中,为了简化模型、减少计算量、缩短计算时间同时满足分析结果精度的要求,文章通过引入均匀化理论推导出等效弹性参数的求解方程;结合ANSYS有限元分析软件建立导体绕组的单胞模型,在给定的边界条件下通过三维有限元分析方法,对绕组的等效材料力学性能进行分析预测;同时运用该方法准确计算出了国际热核聚变实验堆(international thermonuclear experimental reactor,ITER)CS的等效材料性能,并计算了CFETR CS模型线圈CICC导体绕组等效材料性能。该方法为进一步开展CFETR CS模型线圈乃至CFETR大型磁体的结构分析奠定了一定的基础。     

饱和多孔弹性材料中加速度波的传播

讨论多孔介质中加速度波的传播问题,采用Ｂｏｗｅｎ的模型描述由线弹性可压缩固体骨架和可压缩流体组成的饱和多孔介质,并且本文将孔隙度的演化修正为与固体和流体速度的散度相关联。然后用改进的控制场方程研究两相多孔介质中加速度波的传播,结果表明在该种介质中存在两种加速度波。最后考察了均匀弱间断情况下加速度波的波幅演化规律。     

弹性轨枕对有砟道床宏细观力学特性的影响

为了系统研究列车荷载作用下弹性轨枕对有砟道床力学特性的影响,首先,采用离散单元法建立了考虑道砟颗粒棱角特征的精细化道床模型;其次,结合现场动态测试结果,验证所建模型的正确性;最后,分析了弹性轨枕对道砟颗粒接触力、道砟颗粒摩擦耗能、道砟颗粒运动以及道床变形等行为的影响。研究结果表明：弹性轨枕可以通过弹性垫层的变形从而起到缓冲作用,使列车动荷载分配更均匀,将荷载的分担比降低了5.67%,减小车轮正下方道砟颗粒的受力,减缓道砟颗粒因受力过大而破碎粉化的趋势;弹性轨枕可以降低道床的整体振动,从而降低列车荷载作用下道砟颗粒之间的滑动程度,减缓道砟颗粒摩擦耗能的增长速率,减少道砟颗粒磨耗粉化;弹性轨枕增大了列车动荷载作用下轨道的弹性变形,却降低了道砟颗粒的转动角速度以及道砟颗粒的塑性位移,有助于保持道床的稳定性,减缓道床沉降和变形的速度,延长轨道的使用寿命并降低维护成本。     

周期性多孔材料等效杨氏模量的尺度效应研究

随着航空航天与民用技术对多孔材料应用的广泛需求,对于该种轻质材料的研究达到了空前的高度.该文着重研究了周期性多孔材料等效杨氏模量的有效计算方法,在综合分析现有均匀化方法、G-A（Gibson and Ashby）细观力学方法、拉伸能量法无法反映体胞尺寸效应的基础上,提出了弯曲能量新方法,并对4种方法的预测效果进行了系统的研究,揭示了弯曲能量法的通用性、尺寸效应的预测能力以及与4种方法的内在联系与差异.以拉伸和弯曲两种力学加载模型的有限元数值计算结果以及文献给出的六边形蜂窝实测实验结果为基准,比较分析了4种方法在预测拉伸变形和弯曲挠度的计算精度.结果表明,弯曲能量法能很好地预测不同构型蜂窝单胞的等效杨氏模量及其尺寸效应,并能很好反映不同加载模式下结构变形随多孔材料体胞尺寸的变化规律包括六边形蜂窝的非单调变化趋势,而其他3种方法仅能预测体胞无限小时的极限结果.     

正戊烷发泡法制备多孔碳泡沫材料

选择以间苯二酚和甲醛为原料,碳酸钠为催化剂合成的具有一定粘度的酚醛树脂为前驱体,正戊烷为发泡剂,吐温80为匀泡剂,采用常压物理发泡技术制得了碳泡沫.研究结果表明,所得碳泡沫是一种具有多孔网络结构的轻质固体炭材料,依据制备条件的不同,其密度在0.08-0.20 g·cm^-3之间.当控制前驱体酚醛树脂的粘度约为300 mPa.s,发泡剂的用量为V（正戊烷）∶V（酚醛树脂）=0.25,以及匀泡剂的用量为V（吐温80）∶V（酚醛树脂）=0.10时,可以制备出孔洞互相连通、韧带和接点（韧带连接处）完好的具有良好结构的碳泡沫.     

非规则多孔介质材料层合板的力学性能研究

引入等效弹性模量和名义截面应力的概念,建立了单向非规则多孔材料层合板的正交各向异性力学模型。利用实验分析的方法,确定了材料的相关弹性常数,并以多层瓦楞纸板和聚碳酸脂单向多孔板为例,分析了材料的力学性能、破坏模式和破坏机理,验证了材料刚度性能的互等关系。研究表明:在非规则多孔纸质层合板的设计中,用0°-90°双向交叉铺设代替目前的单向多孔铺设方式能更有效地提高其整体抗拉强度。     

超轻多孔类蜂窝夹心结构创新构型及其力学性能

通过优化排列六边形和四边形夹心胞元,以六边形和四边形的组合设计胞元结构,提出了类蜂窝夹层结构的概念并对其进行了创新构型;基于Gibson提出的胞元理论,建立了类蜂窝夹心结构力学等效模型,并推导出了等效模型的等效弹性常数公式。以卫星结构的蜂窝夹层板作为应用实例,对类蜂窝和正六边形蜂窝夹心结构的等效力学常数进行了计算对比,结果表明:两者的等效弹性模量近似相等,然而类蜂窝夹心结构的等效剪切模量却有较大提高,同时等效密度更小,可有效减小结构的质量。对卫星结构类蜂窝夹心结构进行了数值模拟研究,验证了类蜂窝夹心结构力学等效模型的正确性。     

多孔材料中冲击波衰减特性的实验研究

通过脉冲网络法对不同初始孔隙度折多孔铁中冲击波速度的测量，结合多孔材料完全压实区冲击Ｈｕｇｏｎｉｏｔ方程，就初始孔隙度对冲击波在多孔铁中衰减特性的影响进行了研究。     

熔石英的四阶弹性常数

根据Ｍｕｒｎａｇｈａｎ的有限形变理论和Ｗａｌｌａｃｅ的预应力固体热弹性理论，导出了在流体静压力和单轴应力下立方对称或各向同性固体中小振幅弹性波传播速度与二、三、四阶弹性常数间的非线性应力关系式．用脉冲超声回波重合技术，在０．１至７００ＭＰａ的压力范围，对不同的预应力和波的传播条件，测量了熔石英中超声纵波和横波自然声速值随压力的变化，由实验结果确定了熔石英全部独立的四阶弹性常数．     

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

温度对NaCl和KCl晶体弹性常数的影响

根据Tallon的普遍化方法和热压力功对温度的导数为常数的近似,给出一个新的计算碱卤化物高温下的弹性常数的简单关系式.对NaCl和KCl晶体的检验及与同类研究的比较表明,由该关系式给出的计算结果与实验数据符合很好,本文的方法优于同类关系式.此外,指出一些文献对Tallon普遍化方法的不适当的应用.     

非立方矿物的弹性常数和等压膨胀对温度的依赖性

根据固体的弹性模量对温度的依赖性能了解高温下的热弹性性质,我们得到了弹性模量与等压体积膨胀存在精确的指数形式公式,并计算了和这两种物质在不同温度下的弹性常数.所有计算结果和实验之吻合很好.     

立方晶体Bi12GeO20的三阶弹性常数

用超声脉冲回波重合方法测量了立方晶体Bi12GeO20中九种不同模式纯纵波和切变波自然声速值随流体静压力和单轴压力的变化关系,由此实验结果：用Thurston,Brugger的理论,确定了Bi12GeO20晶体全部独立的三阶弹性常数。     

四方晶相HfO2电子结构和弹性常数的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似(LDA)平面波超软赝势法,计算了四方晶相HfO2基态的电子结构和弹性系数矩阵.根据晶体场理论和分子轨道理论分析了四方晶相HfO2的分子轨道成键,其结果与计算得到的态密度图能很好吻合.计算得到四方晶相HfO2的弹性系数C11、C12、C13、C33、C44和C66分别为397.38、256.23、114.92、390.66、52.70和168.90GPa,体积模量为234.73(±5.51)GPa,在[100]和[001]方向上的杨氏模量分别为227.51 GPa和350.26 GPa.计算结果与其他文献值基本相符,这为四方晶相FfO2的实际应用提供了理论依据.     

压力作用下六方钛电子结构和弹性性质的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论（DFT）框架下广义梯度近似（GGA）平面波超软赝势法,计算了六方钛在压力作用下的电子结构和弹性性质．结果表明：随着压力的增加,导致状态密度的展宽和状态密度峰值的减小,同时费米面向高能方向移动;计算所得在0GPa下的弹性常数与实验结果相符,说明采用广义梯度近似可合理计算六方金属钛的弹性性质,据此还计算了不同压力下的弹性常数,为六方金属钛的实际应用提供了理论依据．     

小试件材料弹性常数超声测量方法的研究

介绍了针对小试件材料力学性能测试的特殊需求而设计的超声精密测量系统和测试方法，并进行了实验验证．系统基于声学显微镜技术，利用超声波线聚焦PVDF探头，通过同时测定纵波和漏表面波波速来表征材料的弹性常数等．对不同材料的小试件弹性常数进行了测量，测量结果与常规实验结果和理论值相吻合，表明该方法可行，结果可靠．误差分析结果表明本测试系统及测试方法具有较高的测量精度，泊松比和杨氏模量的测量误差均小于3％，能够满足工程及科学研究的要求．此外，该系统不仅适用于各向同性材料，而且适用于各向异性材料，为进一步评价块体纳米材料制备工艺和表征纳米材料的力学性能奠定了基础．     

确定正交各向异性弹性体性能参数的方法探讨

以张量变换为基础，提出了确定非各向同性弹性体弹性常数个数的一种简洁方法．     

次领头阶低能常数的改进

【目的】通过合适的处理,减少低能赝标介子手征微扰理论中出现的输入参数,得到符合实验的低能常数理论值,提高理论的预言性。【方法】将已有方法中出现的Schwinger-proper time方法引入的Λ趋于无穷,并通过在介子质量770 MeV处对领头阶的低能常数进行重整化。借助Schwinger-Dyson方程,得到所有的次领头阶低能常数。【结果】通过参数的调节,以及低能常数和耦合常数参数的关系,找到一组符合实验的参数值;减少Λ和F0两个输入参数可以得到三味和两味的低能常数。【结论】减少Λ和F0两个输入参数处理低能常数的方法是可行的。两味的低能常数对耦合常数中参数的依赖比较大,而三味的对其依赖相对较小。