沥青混合料黏弹性主曲线模拟及换算

基于时间-温度等效原理将不同温度下沥青混合料的储存模量和蠕变柔量进行平移形成主曲线,采用广义Maxwell和Kelvin模型分别模拟沥青混合料的松弛和蠕变特性,利用Prony级数表达式和Laplace变换实现黏弹性主曲线间的相互换算,并将换算结果与试验结果进行了比较。结果表明,广义Maxwell和Kelvin模型可以较好地模拟沥青混合料黏弹性主曲线,储存模量和蠕变柔量主曲线相互换算结果与试验结果规律基本一致,松弛模量实际结果应介于由储存模量和蠕变柔量换算的松弛模量主曲线之间,这可为沥青混合料黏弹性力学研究及黏弹性参数的获取提供有益参考。     

负刚度蜂窝单胞结构制备及压缩性能

基于短切碳纤维增强尼龙复合材料(MarkForged Onyx),采用熔融丝制造工艺(FFF)制备了负刚度蜂窝单胞结构。为分析其打印性能和压缩性能,进行负刚度蜂窝单胞结构试样压缩试验,试验分析了堆叠方式、填充图案及壁厚层数三种打印工艺参数对该结构打印性能和压缩性能的影响机制。结果表明：水平堆叠方式、六边形填充图案、一层壁厚打印工艺参数组合有效减少结构的打印时间、打印成本。水平堆叠方式结构的压缩性能优于侧立和正立方向;与四边形、六边形填充图案相比,三角形填充图案明显提高结构的吸能能力;二层的壁厚层数对结构抗压强度的提高最显著。在加载过程中,单胞结构呈现出显著的负刚度特性,能量吸收效率约达70%,力阈值约为185 N;循环试验后,仅存在6%的压缩变形量,实现了基于MarkForged Onyx短切碳纤维增强尼龙复合材料负刚度蜂窝芯结构的可恢复能量吸收。     

蜂窝纸板静态弹性与黏弹性特性建模与参数识别

目的研究蜂窝纸板的静态力学行为。方法对蜂窝纸板试样进行压缩-恢复实验,用多项式表达试样的弹性力,用分数阶微分模拟试样的黏弹性力。考虑到试样变形和弹性力的对称性,根据压缩和恢复阶段的黏弹性力之差,利用信赖域方法识别试样的黏弹性参数,再进行试样的弹性特性参数识别。结果实验与模拟结果对比表明,提出的模型可准确模拟蜂窝纸板的力学行为,最大响应误差不超过7%。结论可利用三次多项式和五参数粘弹性模型分析蜂窝纸板的静态特性,为分析静态条件下蜂窝纸板的力学特性,研究蜂窝纸板的应力和应变的时变特性,优化包装设计方法提供了参考。     

基于非局部理论的黏弹性地基上欧拉梁自由振动特性分析

基于非局部黏弹性理论,针对非局部阻尼欧拉梁在非局部黏弹性地基上的振动特性问题进行研究。首先通过引入广义Maxwell黏弹性模型、速度相关型外阻尼模型以及非局部黏弹性地基模型,建立了欧拉梁的振动控制方程。然后利用传递函数方法得到了不同边界条件下欧拉梁固有频率及相应模态振型的封闭解。通过与文献中已有研究结果进行对比验证了所建模型的正确性,并在此基础上分析了欧拉梁非局部参数、黏弹性参数、地基非局部参数、刚度及长度等影响因素对固有频率的影响情况。结果表明,所建的动力学模型及计算分析方法对解决非局部阻尼欧拉梁在非局部黏弹性地基支撑下的动力学问题准确有效。     

内凹-星型三维负泊松比结构设计及冲击吸能特性

负泊松比结构因其反常的变形机制在缓冲吸能领域具有可观的应用前景。该文设计并表征了一种参数可调的新型负泊松比结构。采用理论和数值模拟相结合的研究手段,系统地研究了结构的静/动态力学性能和吸能特性。研究结果表明：新结构具有较好的力学性能和参数可调性;在静态压缩条件下,新型蜂窝结构具有更高的刚度和更优异的吸能性能,其比吸能值是内凹型蜂窝结构的2.64倍,是星型蜂窝结构的3.89倍;在动态冲击条件下,内凹-星型结构的吸能性能在低速时优于两种传统蜂窝结构(内凹和星型),在中高速时其吸能优势有所退化,与内凹型蜂窝结构相当,但远高于星型蜂窝结构。     

含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器的参数优化

将黏弹性材料模型中的Maxwell模型引入到吸振系统。形成一种含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器,并对该模型的参数进行优化。建立系统的运动微分方程,得到系统的解析解;利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度,求出系统的最优频率比和最优负刚度比,并根据H_∞优化准则得到系统的最优阻尼比;分别在简谐激励和随机激励条件下,与几种经典动力吸振器模型对比证明了含负刚度的Maxwell模型动力吸振器有较好的吸振效果。     

冲击载荷下箭头型负泊松比蜂窝结构动态吸能性能研究

以箭头型负泊松比蜂窝结构为研究对象,在已有的冲击载荷下蜂窝结构平台应力理论模型的基础上,着重考虑平台区和平台应力增强区,建立了其受冲击载荷时吸收能量的理论模型,得到了其在冲击载荷下不同阶段吸收能量及对应等效应力大小与几何参数的关系。基于ANSYS仿真软件模拟了在冲击载荷作用下,箭头型负泊松比蜂窝结构的吸能和应力情况,对比验证了仿真结果与理论模型。结果表明,利用所建立的理论模型能够较为准确地描述蜂窝结构在冲击载荷下的动态吸能性能,并为负泊松比蜂窝结构的几何参数选择和优化设计提供指导。     

铝蜂窝“Y”形单元准静态压溃有限元模拟研究

目的基于胶接强度对铝蜂窝吸能特性的重要影响,利用铝蜂窝的最小周期结构——"Y"型单元研究铝蜂窝结构的异面压缩变形过程和能量吸收特性,以了解不同胶黏剂对铝蜂窝吸能性能的影响。方法以Von Mises本构模型来表征胶黏剂的力学性能,建立一种含胶层的"Y"型单元有限元模型,模拟铝蜂窝结构的压溃变形过程,并得到胶层的变形和失效现象。结果不同胶黏剂失效情况不同,与之对应"Y"型单元的平均压缩强度和能量吸能值也有区别。该模型能够有效地模拟铝蜂窝结构的压溃变形过程,并准确预报胶层的变形和失效。通过实验验证所建立的"Y"型单元有限元模型计算精度能够满足实际工程需要。结论通过对"Y"形的单元准静态的压溃有限元模拟,选择了合适的胶黏剂制造铝蜂窝,并为后续包装缓冲件深入研究打下了基础。     

基于自动铺放技术的变刚度复合材料层合板固化变形特性

准确预测和控制变刚度结构的固化变形是合理进行变刚度设计的关键环节,复合材料结构的固化变形不仅会影响结构的刚度强度特性、同时会对结构的装配性能产生影响。基于自动铺放技术,提出面向过程的丝束-路径-面板多级三维变刚度有限元模型算法。结合Kamal自催化固化动力学模型和广义Maxwell黏弹性本构模型进行热-化学-力多场耦合分析,计算固化过程中结构内部温度场、固化度场和残余应力场的变化,最终得到变刚度层合板的固化变形特性。通过参数化分析,研究了自动铺放过程中轨迹控制参数T₀、T₁和覆盖法则对结构固化变形产生的影响。研究结果表明：T₀=45°时,当T₁0变刚度结构的固化变形随着T₁的增大而增大,当T₁>T₀,变刚度结构的固化变形随着T₁的增大而减小。100%覆盖法则有效减小结构的固化变形,而0%覆盖法则使固化变形增大。本文提出的方法可以有效预测工艺参数对变刚度结构固化变形的影响。     

三角形蜂窝异面动态压缩仿真研究

目的研究三角形蜂窝材料结构参数和压缩速度对其异面压缩性能的影响。方法借助Ansys/LS-DYNA建立基于特征单元的三角形蜂窝异面动态压缩有限元分析模型,而后对三角形蜂窝在不同单元结构参数和压缩速度下进行异面压缩参数化仿真计算。结果对于三角形蜂窝,当所有结构参数保持不变时,异面动态峰应力与压缩速度呈二次曲线关系。在给定压缩速度下,扩展角固定的三角形蜂窝的异面动态峰应力与壁厚度边长比呈幂函数关系;壁厚边长比固定的三角形蜂窝的异面动态峰应力与拓展角呈二次曲线关系。结论当相对密度一致时,正三角形蜂窝比正六边形蜂窝异面比吸能值更大;异面动态峰应力与压缩速度、单元结构参数之间的相互关系,可用一定关系曲线进行拟合。     

泡沫EPS非线性粘弹性本构模型在LS-DYNA空调跌落仿真中的研究

目的 研究泡沫EPS非线性粘弹性本构模型对空调跌落仿真精度的影响。方法 通过动态压缩试验获得泡沫EPS在不同应变率下的应力-应变结果,使用LS-DYNA中的非线性粘弹性本构模型Fu-Chang泡沫准确模拟泡沫在不同应变率下的力学性能,并通过空调跌落仿真进行验证。结果 使用不同应变率下的泡沫EPS非线性粘弹性本构模型进行仿真,空调不同位置的仿真加速度曲线和实际试验加速度曲线相似度在90%以上。结论 不同应变率下的泡沫EPS非线性粘弹性本构模型可以准确模拟EPS泡沫在动态冲击下的材料力学性能,可以更加准确地模拟跌落工况中空调结构的动态反应及泡沫失效状态,提高仿真精度。     

皇冠梨静压力学特性及模拟研究

目的 建立皇冠梨生理特性与力学损伤关系模型,实现果实静压过程的模拟研究。方法 通过材料松弛试验和静态压缩试验,研究果实材料力学特性。使用三维扫描方法辅助建立果实有限元模型,并对果实静载损伤过程进行模拟。结果 使用Maxwell黏弹性材料本构模型,成功模拟了果实流变特性。通过静压试验将所建立的梨果实黏弹性材料模型与传统弹塑性材料模型进行对比,误差降低了7%,从而验证了模拟的准确性。根据von Mises等效应力分布结果进行预测,发现在静载力为161.21 N时梨果实会出现明显损伤。结论 以上研究使用2种材料对静态压缩试验进行仿真模拟,进一步验证了使用数值模拟方法对水果静力学过程模拟的可靠性。为皇冠梨果实机械化采摘、储存包装及加工搬运过程提供了理论依据。     

橡胶隔振器高频动态特性的计算方法

该文采用一种由Mooney-Rivlin模型和多个Maxwell模型叠加组成的非线性粘弹性本构模型,用于计算橡胶隔振器的高频动态特性。该文给出了在时域和频域范围内拟合本构模型中粘弹性参数的方法,利用拟合得到的本构模型参数,对某款橡胶悬置跨点动态特性进行计算,并与实验结果进行对比。该文还建立了橡胶隔振器等效力学模型,分析了原点动刚度和跨点动刚度的区别,分析表明:使用跨点动态特性测试法可消除测试中附加惯性力的影响,适用于橡胶隔振器高频动特性的测试;同时,该文搭建了橡胶隔振器有限元模型,分别用于分析其跨点动刚度与原点动刚度,并将分析结果与实验结果进行对比,分析结果验证了有限元模型和力学模型的正确性。除此之外,该文还分析对比了时域(松弛、蠕变)和频域(简谐动态试验)拟合粘弹性参数方法的优缺点。     

新型自复位黏弹性阻尼支撑力学性能研究

提出了一种新型的自复位黏弹性阻尼支撑(self-centering viscoelastic damping brace,SCVEDB),该支撑利用形状记忆合金的拉伸变形和黏弹性材料的剪切变形共同耗散能量,同时利用形状记忆合金的超弹性特性复位。设计和加工了SCVEDB最基本的模型,对该支撑试件进行了循环往复荷载作用下的力学性能试验,研究了位移幅值、加载速率、SMA丝数量、黏弹性材料的厚度对其性能的影响,同时通过割线刚度、耗散能量、等效阻尼比、自复位比4个参数量化分析了SCVEDB的力学性能。对SMA丝进行了循环拉伸试验,利用OpenSees平台建立了SMA的材料本构数值模型,然后将其与模拟黏弹性材料的Bouc-Wen模型并联,建立了该支撑的力学模型,进而模拟了支撑的力学性能,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

Failure In metal honeycombs manufactured by selective laser melting of 304 L stainless steel under compression

ABSTRACT

Cellular structures, specifically honeycombs, are commonly used as core materials in sandwich structures. This is especially true in aerospace applications where high bending and out-of-plane compressive stiffness coupled with low component weight is required. Additive manufacturing techniques are well suited for the manufacture of such cellular structures in a cost-effective manner. The current work focuses on honeycombs using selective laser melting of 304?L stainless steel. The mechanical behaviour of honeycombs was evaluated using out-of-plane compression tests. A numerical model was built to describe failure of the additively manufactured honeycombs. Compression tests were performed, on cylindrical samples to build the nonlinear material model. The material behaviour was found to be dependent on the build direction. Results of experiments and simulation show that failure occurs through a plastic buckling mechanism.     

高聚物材料动态模量测量与分析

高聚物材料具有良好的阻尼结构特性,因此在减振降噪中发挥很大作用。高聚物材料的模量是复数,并且随着系统的频率和环境温度呈非线性变化。将某高聚物材料在动态热机械分析仪上进行动态力学行为实验,并对实验结果采用分数导数维模型进行拟合。结果表明,分数导数维Maxwell模型可以同时精确的拟合高聚物材料的存储模量和损耗模量随频率变化的曲线,而且其形式简单,统一,计算所需参数较少,研究结果为实际应用提供了参考依据。     

六边形蜂窝芯材异面冲击性能的有限元研究

建立了六边形蜂窝单元阵列的有限元模型,利用有限元分析软件分析研究了六边形金属蜂窝的异面冲击性能。当六边形蜂窝铝芯的各结构参数固定时,在不同的冲击速度下,研究了壁厚边长比对其异面冲击动态峰应力的影响规律。根据有限元模拟计算结果,给出了所用六边形蜂窝铝芯样品异面动态峰应力的计算公式。     

多层规则排列圆形铝蜂窝共面缓冲优化

目的在不同速度的共面冲击载荷条件下,实现多层规则排列圆形铝蜂窝缓冲性能的优化。方法建立有限元分析模型以得到缓冲力学参数,并通过简化的能量吸收模型来评估其缓冲性能。结果多层规则排列圆形铝蜂窝缓冲性能与动态峰应力和动态密实化应变有关,是由冲击速度、变形模式和相关结构参数共同决定的。结论通过数值结果分析,得到模型变形的临界速度、动态密实化应变和动态峰应力的经验公式,并详细地介绍了可行的缓冲优化方法。     

Viscoelastic Characterisation of the Temporomandibular Joint Disc in Bovines

Abstract: The aim of this paper was to develop a biomechanical model to reproduce the viscoelastic behaviour of the material of the bovine temporomandibular joint (TMJ) disc, as a substitute material to be applied in subsequent experimental studies of possible human TMJ disorders. As the mechanical properties of the disc change due to different factors, this study is focussed on evaluating its viscoelastic response under compression in stress–relaxation, creep and cycling loading tests, using an equipment that allows us to simulate the real function conditions of the material in a liquid medium at 37 °C. In order to fit the data obtained from the relaxation and creep tests, generalised Maxwell and Kelvin models of eight terms are proposed, leading to Prony’s series of practical interest for subsequent numerical calculations.