尺寸不规则度梯度分布参数对泡沫金属单轴拉伸力学性能的影响研究

采用数值模拟的方法,定量研究了尺寸不规则度参数为连续梯度分布时,泡沫金属在单轴拉伸下的力学性能;通过对比形状不规则度相同但尺寸不规则度不同的模型结果,明确了尺寸不规则度是影响泡沫金属力学性能的重要因素。结果表明,不规则度连续梯度变化的3D Voronoi模型是横观各向同性材料,单轴拉伸时胞孔局部变形显著;梯度参数影响梯度方向和非梯度方向的力学性能,且对梯度方向的单轴拉伸屈服强度和破坏强度尤其突出,呈二次函数关系,存在最优解。通过对比尺寸不规则度不同但形状不规则度相同的3D Voronoi模型单轴拉伸力学性能,发现梯度方向比非梯度方向的屈服强度和破坏强度受尺寸不规则度的影响更明显,不同于单轴压缩,尺寸不规则度参数是影响单轴拉伸力学性能的重要细观结构参数。对细观结构对多胞材料力学性能的影响研究进行了完善,有助于多胞材料的优化设计。     

功能梯度泡沫薄壁管斜向冲击耐撞性仿真研究

采用有限元分析方法,以比吸能和初始碰撞力峰值为评价指标,通过与等质量均值密度泡沫填充管对比,研究了一种新型功能梯度泡沫填充管在不同冲击角度下的失效模式和耐撞性能,分析了包括泡沫梯度指数、壁厚和泡沫密度变化范围在内的结构参数对其在斜向冲击下耐撞特性的影响。结果表明,功能梯度泡沫填充管在斜向冲击下的耐撞性能明显优于均值密度泡沫填充管;结构参数之间相互关联、彼此影响,均对功能梯度泡沫填充薄壁管的耐撞特性产生显著影响。     

开孔泡沫金属动态力学性能及能量特性

泡沫金属材料在防护吸能领域有着重要的应用前景,深入研究泡沫金属及其相关结构的冲击力学性能十分必要。通过Φ50 mm的分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置对开孔泡沫金属Fe、Ni、Fe-Ni合金(50 mm×10 mm)进行动态冲击试验。试验分析了应变和应变率对其力学性能及吸能特性的影响,通过对其峰值应力、波动应力、理想吸能效率等参数的对比分析多种冲击速度下不同泡沫金属材料的抗压强度与吸能性,为建筑、航天等工程的使用提供理论基础。研究结果表明：高冲击速度下峰值应力增大且Fe-Ni合金抗压强度最高,不同材料泡沫金属均存在波动应力且压密阶段时间各不相同。应变率介于600～1 150时泡沫金属Ni吸能性最优,该区间外Fe-Ni合金更优。当应变率大于1 000时,Fe-Ni合金理想吸能效率增幅较大,相较于700时提高了48%、为最优理想吸能材料。     

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。     

侧向冲击载荷下金属薄壁圆管内填充泡沫铝的吸能特性研究

运用有限元软件Ls-dyna对泡沫铝填充金属薄壁圆管受侧向冲击载荷进行了数值仿真分析。通过模拟结果与实验结果的对比,验证了有限元模型的有效性与计算结果的精确性;进而研究了管的几何参数、泡沫铝的密度与冲击速度等因素对其变形与吸能特性的影响。研究结果表明:在侧向冲击载荷作用下泡沫铝填充管的压溃可以分为3个阶段,初始碰撞阶段、塑性变形阶段和密实化阶段;与空管相比,泡沫铝填充管的侧向冲击载荷、总吸能与比吸能显著增大。管的几何尺寸、泡沫铝密度、冲击速度等对泡沫填充管的吸能性能影响较大。当冲击速度超过一定数值时,填充管的变形模式发生改变,由对称变形变为非对称的变形。     

泡沫金属在冲击载荷下的能量吸收特性

基于显微CT扫描信息,建立泡沫金属材料二维细观有限元模型,考虑不规则胞孔的不均匀分布,根据试验结果拟合孔壁材料的弹塑性本构参数,分析了泡沫金属材料在动态压缩过程中的变形特性和弹塑性波的传播,重点讨论了泡沫金属作为防护材料的吸能机理和吸能特性。结果表明,对于相对密度为0.3的泡沫金属,在高速压缩至应变0.8的整个过程中,塑性波在泡沫金属试件中发生2次反射,试件经历3次压缩过程。相应地,泡沫金属的动能-应变曲线可以分为初始上升段、下降段和二次上升段3个阶段。内能和总能量变化曲线均单调增加。动能在第一次压缩结束时达到极大值,在第二次压缩结束时达到极小值;冲击速度越大,动能、内能和总能量均增长越快,动能在总能量中的比例逐渐增加,而内能在总能量中的比例减小。     

泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁动态三点弯曲试验研究

通过三点弯曲冲击试验测试了泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁的动态力学性能,研究了这种复合夹芯梁的破坏形态、荷载-时间曲线和能量-时间曲线。分析了不同冲击速度和芯层厚度对冲击荷载和吸能量的影响,与传统蒙皮夹芯梁和纯泡沫铝梁进行了比较。结果表明,在试验设定的参数范围内,这种复合夹芯梁表现了较好的整体性。冲击速度和芯层厚度对其动态力学性能有明显的影响,随着冲击速度的增加,夹芯梁的冲击承载力逐渐增加,但冲击速度较大时复合夹芯梁会表现出一定脆性破坏,导致吸能能力降低。随着夹芯梁芯层厚度的增加,冲击承载力与吸能能力逐渐增加。与传统夹芯板和纯泡沫铝梁相比,其冲击承载力和吸能能力明显提高,说明这种泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁具有良好的动态力学性能。     

电沉积金属泡沫内的渗透流动特性

为了探究电沉积法制备金属泡沫微观孔胞结构对渗透特性的内在作用机理,针对不同结构与材料的金属泡沫完成了空气渗透流动实验。采用基于正五边形宽骨架结构的正十二面体的金属泡沫孔胞模型,建立了金属泡沫半经验渗透模型;分析了金属泡沫内流动阻力的变化规律,获得了包括孔隙率和孔密度等不同微观结构参数下金属泡沫内流体渗透特性。研究结果表明:小流速范围内,金属泡沫内流体流动为Darcy流态,受黏性作用影响;大流速范围内,金属泡沫内流体流动为Forhheimer流态,受惯性作用影响。电沉积金属泡沫内阻力因子的常数项为0.099 5,较粉末烧结金属泡沫内阻力因子的常数项明显增大。提出了基于孔隙率与孔密度的金属泡沫水力直径修正计算模型,与正五边形宽骨架模型预测结果相比误差在±5%以内;获得了单位长度压差的Darcy-Forhheimer型预测公式,预测值与实验值的最大误差在±15%以内,并提出了以孔隙率和水力直径为变量的金属泡沫渗透率K和惯性系数F的预测公式。     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

多孔泡沫金属内气泡动力学行为的格子波尔兹曼方法模拟

为了研究多孔泡沫金属骨架对气泡上升运动的影响,基于多孔泡沫金属的骨架结构,建立了多孔泡沫金属内气泡动力学行为的物理模型,并利用格子Boltzmann方法(LBM)模拟孔隙尺度下气-液两相流动.考虑多孔泡沫金属内流体间以及流固间的相互作用力,采用多组分单松弛的Shan-Chen模型,模拟气泡在泡沫金属孔隙结构内的运动形态.对含有泡沫金属以及不含泡沫金属的计算区域内气液两相流的密度场进行了比较.实验结果表明:泡沫金属骨架的存在改变了两相流流场,同时使气泡上升过程中边界受到挤压,从而改变气泡的上升速度;随着重力场的增大,流体区域内有序排列的泡沫金属结构可以加快气泡上升速度.     

泡沫铝夹芯板低速冲击性能研究

对包套轧制及胶粘泡沫铝夹芯板进行了低速冲击试验,分析了两种夹芯板在低速冲击下的力学响应及破坏形式.结果表明,两种结合界面的夹芯板都具有吸能特性,但冶金结合夹芯板抗冲击的缓冲时间明显长于胶粘结合夹芯板.随着加载冲量的增加,冶金结合夹芯板的屈服载荷和平台载荷增加,缓冲时间缩短,抗冲击过程表现出明显的应变率效应.冶金结合夹芯板破坏模式主要为芯层剪切、压实和面板塌陷.     

不同侧限及荷载比例工况下泡沫金属冲击性能研究

泡沫金属在实际工程中往往承受复杂多轴加载工况,且受到突发性爆破等极端动荷载的影响,处于多轴动态复杂应力状态。目前,受实验条件限制,泡沫金属难以实现任意比例的真三轴动态实验。本文采用数值模拟方法,采用霍普金森杆和解析刚体,分别施加冲击荷载和侧限荷载,实现了泡沫金属真三轴动态实验,且实验过程中满足应力均匀性条件,同时,探究了不同侧限条件和侧向预压力比例对泡沫金属多轴冲击性能的影响。结果表明:沿着冲击方向施加2 MPa的预压力对应力幅值为200 MPa的梯形应力波双向冲击的泡沫金属冲击性能无明显影响;侧限约束的增强能提高泡沫金属抗冲击承载能力;当冲击变形模式主导胞孔结构变形时,泡沫金属三向预压力比例对其抗冲击能力无明显影响。     

天然气水合物井完井用形状记忆材料研制

为了能够更加有效地解决天然气水合物井在完井过程中的出砂问题,保证天然气水合物井的稳产与高产,开展天然气水合物井完井用形状记忆材料的研制。选用PCL/PM 200-体系,采用物理发泡与化学发泡并用的方法,一步法合成了开孔型形状记忆聚氨酯泡沫;在此基础上,对其力学性能、玻璃化转变温度、形状记忆性能、泡孔结构、耐温性能等性能进行了表征与测试。实验测试结果表明,该材料体系合成工艺简单,形状恢复率高,力学性能好,开孔性均匀,耐温性能好,具有玻璃化转变温度,符合温敏型形状记忆材料的变化规律,能够满足天然气水合物完井用形状记忆材料的性能要求。将该体系用于生产天然气水合物井完井用的形状记忆材料,制造形状记忆筛管,为日后天然气水合物的试采和商业开发提供了一种新型的且行之有效的完井手段。     

充型速度对半固态A1Si9Mg组织及性能的影响

采用倾斜冷却剪切流变法制备半固态A1Si9Mg合金熔体,流变压铸标准力学性能试样并进行了力学性能测定,用定量金相技术对力学性能试样的初生固相微观组织特征参数(固相率、晶粒尺寸和形状因子)进行了分析,研究了充型速度对半固态AlSi9Mg合金组织及性能的影响.研究结果表明:随着充型速度的提高,AlSi9Mg合金组织的初生固...     

撞击作用下泡沫铝填充结构吸能特征

泡沫铝是由金属铝制成,由于铝具有较低的强度,导致泡沫铝本身的承载能力和吸能特性受到局限.典型的抗振吸能结构是泡沫铝填充结构或夹芯结构.采用实验和数值模拟方法分析了泡沫铝填充结构在冲击作用下的变形特征与吸能特性.研究表明,填充结构中钢制圆柱壳在整个冲击吸能过程中占主要地位,它与泡沫的相互作用使得变形过程中的能量吸收和初始失稳载荷随冲击速度的提高而增加;当钢制圆柱壳的壁厚增加时,峰值塌陷载荷和总的吸能也提高.在100 kg范围内,冲击质量对初始峰值塌陷载荷的影响不大.由于钢壳是主要的承载和吸能部件,要想提高泡沫铝填充结构的吸能特性,需要合理地设计泡沫密度与钢壳厚度,充分利用它们之间的相互作用关系.     

梯度密度聚氨酯泡沫塑料性能研究

通过改变发泡剂用量和采用不同密度泡沫组合,来改变聚氨酯结构泡沫整体的密度分布,研究了梯度密度聚氨酯泡沫塑料的性能。结果表明,当发泡剂质量分数约为聚醚的10%时,所形成的梯度密度聚氨酯泡沫塑料的冲击强度和弯曲强度达到最大值;采用夹芯结构可以有效改善材料的抗冲击性能。     

泡沫铝的研究现状与应用展望

泡沫铝的多孔结构和金属特性使其在吸声、减震、过滤厦热交换等方面具有优异的性能。介绍了目前国内外泡沫铝的研究进展和基本制备方法，描述了泡沫铝的结构厦特殊性能，并分析了现存工艺、发泡机理及性能分析等方面问题，对泡沫铝在各个领域的应用进行了展望。     

Effect of Fiber Properties on Nonwovens'''' Pore Structures with Fractal Geometry Analysis

IntroductionNowadays,the applications of nonwovens become widerand wider.Nonwovens pore structures such as shape,size,quantity,pore size distribution and so on,are very i mportantto their mechanical and other physical properties.And thepore structures are related to the diameter,cri mp,orientation,quantity and assembling method of fibers.Therefore,it is i mportant for both manufactories and end-useres to obtain the parameters which can be used to expressnonwovens structures conveniently,and fu…     

应用微型剪切试验评定焊接接头的力学性能

该文介绍一种研究金属材料机械性能的新型试验方法－微型剪切试验方法在焊接技术中的应用。该方法简单、省料、试验数据重现性好，尤其适用于定量测定不均匀材料各狭窄区域的性能参数或性能梯度。该文着重研究了用微型剪切法评定ＣＯ２焊接接头各区域性能，并将有关试验结果与常规Ｃｈａｒｐｙ冲击试验结果相比较。对上述两种方法的试验结果经过回归处理，表明剪切强度与Ｃｈａｒｐｙ冲击功之间有较好的对应关系。试验结果初步认为，