颗粒增强复合材料热性能的数值模拟研究

利用C语言编写了能生成随机分布的颗粒增强复合材料几何模型的程序,结合MSC商用有限元软件分析了颗粒的体积分数、大小以及分布形态对颗粒增强复合材料热学性能的影响。结果表明:颗粒的分布形态对材料的热膨胀变形及热传导无明显影响,但对热应力有很大影响;颗粒的大小对材料的热膨胀有一定影响;颗粒体积分数的影响和利用混合律的预测结果基本一致。     

烧结金属多孔材料的渗透和导热性能测试及孔隙特征分析

摘要：
为研究烧结金属多孔材料的各项性能参数,测试了多孔材料的孔隙率;在自然断裂表面扫描电镜（SEM）图像基础上进行图像处理与分析,得到面 孔隙率以及平均孔径与孔径分布特征;设计了以达西定律为依据的实验系统对渗透系数和透气度进行测试,分析了原始粉末粒度、孔隙率、厚度 、低温工况、平均孔径以及孔径分布等因素对渗透性能的影响;使用hot disk热导测试装置测量了有效热导率,并与经验公式的预测结果进行比 较.结果表明,体积平均孔径与孔径分布特征能有效反映透气度的变化规律;厚度对烧结金属多孔材料的孔隙率和渗透系数有着重要影响,厚度越 小,原始粉末颗粒的直径越大,壁面效应越明显;低温工况不会改变烧结金属多孔材料的渗透性能. 关键词：
金属多孔材料; 烧结; 渗透系数; 孔隙率; 热导率 中图分类号： TK 172
文献标志码： A     

含周期性分布导电孔洞压电陶瓷的力电损伤

为分析含周期性分布球形/椭球形导电孔洞压电陶瓷的力电损伤,采用胞元法对孔洞体积分数、形状比和导电性质对力电损伤的影响进行了研究.结果表明,力电损伤各分量随着孔洞体积分数的增大单调上升;孔洞体积分数和形状比对力损伤的影响明显大于电损伤;几乎与此相反,孔洞导电性对力损伤影响很小,但对电损伤影响比较明显.     

微孔洞在材料表面的深度变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响规律研究

采用线弹性有限元法模拟分析了微孔洞相对材料表面深度的变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响,研究结果表明:微孔洞直径尺寸大小仅影响相应的应力集中分布区域的大小,而微孔洞相对材料表面深度的位置决定了其最大应力集中系数的大小.当微孔洞处于材料表面下并与表面相切时,应力集中系数达到最大值,当微孔洞相对材料表面深度的位置偏离此位置时,应力集中系数急剧下降.研究结果合理解释了实验中观察到的疲劳裂纹在微孔洞处萌生现象,即疲劳裂纹优先在与样品表面相切上半部的微孔洞上萌生,尤其在样品表面下且与表面相切的微孔洞处.     

界面效应对纳米多孔材料宏观弹塑性力学性能的影响

当多孔材料的孔洞为纳米尺度时,基体/孔洞的界面效应会对这种材料的弹塑性力学性能产生较大影响.本文通过理论分析将描述界面效应的传统数学界面模型等效为具有一定厚度的界面相模型,并基于ABAQUS的UMAT子程序开发了界面相材料模型.以此为基础,采用有限元数值模拟的方法,研究了孔隙率、孔径尺寸及界面残余应力对纳米多孔金属材料...     

基于多孔洞体胞模型的韧性材料损伤机制

分别采用含100、50和25个随机分布微孔洞体胞模型,对体胞内应力分布和孔洞长大规律进行统计分析,在此基础上讨论采用含25个随机分布微孔洞体胞模型作为宏观材料代表性单元(RVE)来研究材料损伤机制的合理性,并对变形过程中体胞内各微孔洞演化过程进行了研究.结果表明:由于体胞内微孔洞的随机分布,造成孔洞周围基体材料最大三轴应力参数增加,从而导致该孔洞的快速增长,并带动周围微孔洞快速增长,这种孔洞的快速长大链式反应导致在很短的时间材料内出现大量微孔洞,并聚合形成微裂纹,直至试样最后失效,该结果较清楚解释了韧性材料圆棒试样只在颈缩阶段才会产生大量的微孔洞的试验现象的原因.含随机分布多微孔洞体胞模型能够用于分析周期分布微孔洞体胞模型无法反映的体胞内微孔洞非均匀发展的过程,因此更适合于研究韧性材料的损伤破坏机制.     

基于CT图像分析探究孔洞型碳酸盐岩储层分维值与微观结构参数关系

碳酸盐岩储层非均质性强,发育溶蚀孔洞等孔隙结构,其固相颗粒级配良好,直径跨度范围约为三个量级,且为连续分布,具有统计自相似性和标度不变性,为严格意义上的固相分形多孔介质,与之伴生的不同形态、不同尺度的孔洞累积数量与直径分布遵循幂律关系;基于CT图片处理统计4块震旦系碳酸盐岩储层岩心的孔隙累积数量与直径分布,确定存在分形特征的无标度区间,计算分维值大小,结果表明固相颗粒配级越好,尺度分布范围越大,孔隙结构越复杂,分维值越大;分析计算了分维值与微观结构参数中的孔隙度和渗透率的定量关系,可为室内实测孔渗值的校正提供参考,也为探究多孔介质的分形特征提供了一个新的角度和方法。     

多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合分析

具有良好化学稳定性及较高存储容量的多孔材料在锂离子电池及超级电容器中有广泛的应用,但已有的扩散-应力耦合模型大多忽略多孔材料的微观结构.基于此,建立考虑孔隙率和迂曲度的多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合模型.针对Mn_2O_4电极进行恒压充电下的数值计算,探讨孔隙率和迂曲度系数对锂离子浓度、径向应力、环向应力及体积应变的影响,并将模型结果与他人结果进行对比.数值结果表明:迂曲度系数越大,电极中锂离子的扩散越差、体积应变越小且径向应力和环向应力越大;孔隙率越大,电极中的锂离子浓度和体积应变越大但径向应力和环向应力越小;多孔电极结构更有利于提高嵌锂能力.因此,应选择孔隙率大且迂曲度系数小的材料作为高存储容量的电极材料.     

Zr63.36Cu14.52Ni10.12Al12非晶合金的大塑性与尺寸效应

用铜模吸铸法制备了直径为3,4和6mm的Zr63.36Cu14.52Ni10.12Al12阶梯形圆棒试样,研究了试样尺寸大小对室温塑性和强度的影响.结果表明：φ3mm试样的压缩屈服强度σs为1740.6MPa,极限强度σmax为2030.7MPa,断裂强度σcf为1510.5MPa,塑性应变εp为20.6%,表现出比较大的塑性,存在明显的加工硬化现象;φ4mm试样塑性应变εp为2.6%,屈服强度σs为1748.5MPa,断裂强度σcf为1856.6MPa;φ6mm试样塑性应变φp为0.2%,断裂强度σcf为1221.3MPa.该合金的压缩塑性应变随着块体非晶合金直径的增大而减小,存在明显的尺寸效应,尺寸效应与非晶合金的自由体积有关,冷却速率决定非晶合金中自由体积分数,试样尺寸越小,冷却速率就越大,凝固过程形成的自由体积分数越大,大的自由体积分数促进压缩过程多重剪切带的形成从而有利于塑性的提高.     

钛纤维多孔材料孔径分布与吸声性能研究

金属纤维多孔材料是一类重要的吸声材料,采用驻波管法检测钛纤维多孔材料的空气声吸收系数,研究材料的孔隙度、纤维直径以及材料厚度等参数对吸声性能的影响,结果表明,钛纤维多孔材料具有较好的吸声性能,材料的孔隙度越高、纤维越细,材料的吸声性能越好,在材料背后设置空气层可显著改善其低频吸声性能,材料背后的空气层厚度越大,材料的低频吸声性能越好.