分层屈服强度梯度蜂窝材料的动力学性能研究

基于功能梯度材料的概念,建立了具有固定相对密度的分层屈服强度梯度圆形蜂窝材料模型。在此基础上具体讨论了屈服强度梯度和冲击速度对圆形蜂窝材料变形模式及能量吸收性能的影响。研究结果表明,屈服强度梯度的变化使得蜂窝材料的局部变形模式发生了变化。中低速冲击下,分层梯度蜂窝材料冲击端的动力响应表现出分段平台特性。合理地调节屈服强度梯度的变化可以减小初始峰值应力,并能够有效地控制进入被保护结构的应力值,同时实现蜂窝材料单位质量能量吸收率的控制。研究结果可为功能梯度蜂窝材料的研究和设计提供 参考。     

功能梯度蜂窝材料的面内冲击性能研究

根据功能梯度特性的概念,建立了具有递变屈服强度梯度特性的圆形蜂窝结构数值仿真模型。在此模型的基础上详细讨论了递变屈服强度梯度和冲击速度对圆形蜂窝材料面内冲击性能的影响。研究结果表明递变梯度值对蜂窝结构的变形模式有较大影响。通过合理地选择蜂窝结构的递变屈服强度梯度值,进入被保护结构的应力值明显降低,蜂窝材料的能量吸收能力也得到有效控制。该结果能为完善屈服强度梯度蜂窝材料的研究和设计提供理论指导。     

梯度分布对密度梯度金属空心球阵列动力学性能的影响

梯度及梯度排布是密度梯度多孔材料设计中的关键性问题。该文基于分层梯度金属空心球阵列模型,重点讨论了不同冲击速度下,梯度分布对金属空心球阵列动力学性能的影响。研究结果表明：在低速冲击下,梯度金属空心球阵列的动力学响应只取决于梯度的大小而不敏感于梯度的空间分布;而在中高速冲击下,梯度金属空心球阵列的动力响应不仅取决于梯度的大小,而且必须考虑梯度的空间分布。一定冲击速度下,梯度分布决定了材料内部的应力分布和材料的能量吸收过程,但吸收的总能量由材料的相对密度决定。考虑到对被冲击防护结构的保护,从冲击端高密度向远端低密度的梯度分布更有优势。该文的结论为实现多孔材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供了新的设计思路。     

新型十字形负泊松比蜂窝结构的抗冲击性能

负泊松比力学超材料具有高可设计性、轻量化以及抗冲击方面的优势,引起学者们的关注,对内凹六边形结构、手性结构等经典构型进行了广泛研究。提出了一种新型的十字形负泊松比蜂窝结构,基于能量法对该结构泊松比的解析式进行了推导,所得解析解与有限元结果吻合良好,证明了推导方法的有效性;针对不同冲击速度和不同杆长比例系数的十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线以及能量吸收特性进行了研究。结果表明:杆长比例系数越小,泊松比越小;冲击速度和杆长比例系数会影响十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线和平台应力;十字形蜂窝结构的体吸能在中速冲击下会随应变增大出现增长加快现象,而高速冲击下体吸能增长趋势不再随应变增大出现加快但呈现出规律的波浪形增长。     

组合蜂窝材料面内冲击性能的研究

基于三角形和六边形蜂窝结构面内冲击性能的研究,该文探讨了面内冲击荷载作用下组合Kagome蜂窝结构的变形机制和能量吸收特性。首先,在保证蜂窝结构胞元厚度与边长尺寸比值不变的前提下,分析了不同形状胞元及其组合结构的动态冲击性能,给出了试件宏观及微观胞元结构的动态演化过程。在此基础上,探讨了冲击速度和相对密度一定情况下单位质量不同蜂窝结构的能量吸收特性。其结论将对蜂窝材料微拓扑结构的动力学优化设计提供指导。     

圆形蜂窝结构异面冲击性能研究

目的 为了分析圆形蜂窝芯材的缓冲特性,对圆形蜂窝芯材的异面冲击性能进行深入研究.方法 考虑到试验法的局限性,利用有限元仿真模拟的方法,研究不同排列方式下(规则和交错)壁厚和冲击速度对圆形蜂窝异面冲击性能的影响,软件选用Ansys/LS-DYNA.结果 将基于阵列和特征单元的有限元模型与理论值进行对比,两者显示了一致的吻合性,证明了模型的可靠性.结论 数据分析表明,圆形蜂窝的异面平均平台应力随着冲击速度和壁厚的增加而增加.在给定冲击速度下,圆形蜂窝异面比能量吸收能力与壁厚和排列方式有关.在单元结构参数一定的情况下,交错排列的圆形蜂窝比能量吸收能力大于规则排列的圆形蜂窝;随着壁厚的增加,圆形蜂窝异面能量吸收能力会逐步增加.     

金属蜂窝材料的面内冲击响应和能量吸收特性

利用显式动力有限元法对三角形蜂窝材料在面内冲击载荷下的动力响应和能量吸收特性进行了研究。具体讨论了相对密度、冲击速度以及冲击方向对蜂窝材料变形模式、平台应力和比能量吸收能力的影响。结果表明,除了胞元的微结构特征参数(例如壁长、壁厚以及扩张角等),蜂窝材料的动力响应特性还依赖于冲击速度和冲击方向。在相对密度和冲击速度不变的前提下,试件沿Y方向冲击时表现为更高的平台应力和更强的能量吸收能力。随着冲击速度的增加,惯性效应明显,蜂窝材料的平台应力和能量吸收能力对冲击方向更敏感。将为多胞材料动力学多目标优化设计提供新的设计思路。     

集中缺陷对蜂窝材料面内动力学性能的影响

利用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA数值研究了三角形和四边形蜂窝材料中集中缺陷对其面内冲击性能的影响.研究结果表明,对于集中缺陷,除了缺陷率,缺陷集中区域的位置也是材料设计中需要考虑的重要指标.随着缺陷率的增加,蜂窝材料的平台应力和能量吸收能力迅速降低,但随着冲击速度的增加,缺陷的影响逐渐减弱.缺陷集中区域的位...     

空竹型负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能研究

由于负泊松比蜂窝结构具备高比刚度、优良吸能特性等优点,近年来受到众多学者的关注。基于内凹六边形负泊松比结构,提出一种空竹型负泊松比蜂窝结构。运用一维冲击理论推导出结构的冲击临界速度。通过有限元ABAQUS/EXPLICIT对结构进行面内冲击响应特性分析,结果表明：与传统的内凹六边形结构相比,空竹型蜂窝结构具有更高的平台应力和比吸能,提高了结构的耐撞性和能量吸收能力;给出了不同冲击速度和结构参数对空竹型蜂窝平台应力与比吸能的影响规律。研究结果可为负泊松比蜂窝结构在实际工程中应用提供设计指导。     

三角形蜂窝在面内冲击荷载下的力学性能

摘要：通过数值计算研究规则排布和交错排布的三角形铝蜂窝在面内冲击荷载下的变形模式、承载能力以及能量吸收特性。结果表明两种蜂窝的变形均随着冲击速度的增加或胞壁厚度的减小而向冲击端集中,规则排布的蜂窝沿着局部变形带逐行压溃直至密实,而交错排布蜂窝的变形模式可分为4种。铝蜂窝吸收的能量绝大部分转化为变形所需的内能,动能所占比重较小。随着冲击速度的提高,两种排布方式的蜂窝均表现出更强的承载能力和能量吸收能力,但内能在总能量中的比重减小,动能比重增加。规则排布的蜂窝比交错排布的蜂窝具有更高的承载力和能量吸收能力,该差别主要是由于二者内能的不同所引起,且该差值在交错排布蜂窝“核区”形成后逐渐减小。     

重力梯度稳定卫星伸展动力学研究

针对重力梯度卫星姿态控制系统的设计需求,本文首先推导了卫星姿态和重力梯度杆伸展的耦合动力学方程,其中重力梯度杆伸展动力学方程是根据其结构特点利用能量方法建立的。最后以“清华一号”卫星为算例进行了数值仿真计算,在不同初始条件下,得到了重力梯度杆伸展过程中杆长和三个姿态角的变化规律。探讨了保证重力梯度杆伸展后卫星姿态能正确捕获所需的条件。     

C/C密度梯度材料的热学及力学性能研究

C/C密度梯度材料的研究在国内尚属于空白,本文作者研究了C/C复合材料的导热系数与密度间的关系,并对比密度均匀材料与密度梯度材料的导热系数和力学性能,从理论上探索C/C密度梯度材料的应用前景。为进一步开发C/C密度梯度材料提供了理论依据。     

航空发动机支承不同心转子系统力学模型研究

针对实际的航空发动机低压转子系统中的支承不同心问题,在对其结构特征及受力变形情况进行分析的基础上,建立了多支点、柔性转子系统的动力学模型,利用Lagrange方法分别获得了不同结构下的转子系统运动微分方程。结果表明,对于多支点的柔性转子系统,支承不同心所带来的动力学影响因转子的结构特征而异,一方面会使连接结构的刚度呈现非线性,另一方面又有可能给系统带来附加的2倍频激振力,从而使响应出现1倍频以外的其他频率分量。     

PNN／PZT系梯度功能压电陶瓷离子互扩散动力学

研究了ＰＮＮ／ＰＺＴ系梯度功能压电材料中各类离子互扩散反应及其随温度和时间的变化。用电子探针测量了互扩散偶的组分分布，利用“薄板叠加”扩散模型，对Ｎｉ＾２＋、Ｎｂ＾５＋，Ｔｉ＾４＋和Ｚｒ＾４＋的扩散浓度分布曲线进行数值逼近计算，确定了互扩散层的厚度，估算了各离子的扩散系数及其表现激活能。