折纸超结构准静态压缩力学性能分析与优化设计

为了改进折纸超结构的构型设计,基于Miura折纸原理设计了一种超结构.利用数值仿真分析方法研究了面外准静态压缩力学性能,探讨了折纸超结构的边长比、单元角度、展开角度以及厚度对其压缩过程的变形及能量吸收的影响规律.引入主次影响分析方法,比较了几何参数对力学性能指标的重要影响程度.基于响应面方法,建立了以初始峰值力最小和比吸能最大为目标、以几何尺寸为约束、以折纸超结构重要影响几何参数为设计变量的优化模型,并采用非支配排序遗传算法对优化模型进行了求解,获得了Pareto前沿最优解.研究结果对于提高折纸超结构的力学性能及构型设计具有一定的理论指导意义.     

曲线折痕折纸力学超材料可定制压缩力学特性

针对现有折纸力学超材料大多基于直线折痕图折叠而成,一定程度上限制了其可定制力学特性。本文将曲线折痕引入到二维折痕图,提出了一种曲线折痕圆柱折纸力学超材料。利用金属增材制造方法制备了折纸力学超材料样品,并借助三维CT扫描证实了较高制造精度。采用基于超算平台并行计算的显式动力学数值仿真和物理试验法阐明了曲线折痕圆柱折纸力学超材料的变形模式和压扭特性。进一步,研究了改变曲线山折和曲线谷折可实现曲线折痕圆柱折纸力学超材料的可定制压缩力学特性。所提曲线折痕圆柱折纸力学超材料为可定制力学特性需求的新型力学超材料提供了一种新的思路。     

薄壁零件的制造工艺研究现状

薄壁零件制造过程中的变形控制研究是现代制造领域的重要课题。介绍了薄壁零件的结构特点,分析了加工变形的影响因素,表明材料与结构、装夹工艺、切削力与切削热、以及残余应力是造成薄壁零件变形的主要原因。并在此基础上总结了相应的控制方法,给出了相关技术的发展趋势。只有考虑薄壁件全局的影响因素,结合理论建模、仿真分析和试验相结合的手段才能更好地进行薄壁件产品加工变形的分析与控制,提高薄壁件量产的成品率和加工质量,为控制薄壁零件变形提供了依据。     

折纸结构材料可提升护具抗撞能力

正英国剑桥大学与其他机构的研究人员合作制造出一种具有折纸结构的新型材料,能够更好地抵御不同角度的撞击。未来,这种材料有望用于制造新一代护具,供运动员和士兵等使用。研究人员利用3D打印技术将聚合物粉末塑造成这种具有多层折纸结构的弹性材料。这种特殊结构有利撞击能量快速消散,使得新材料的防护性能优于目前许多头盔中使用的聚合物泡沫。     

3D打印蜂窝结构在临时性建筑中的力学性能分析

为研究改进传统临时性建筑如:木头、纸筒、竹子、简易帐篷等材料制备的临时性住所存在可设计性不强、材料不够轻便、力学性能不足等问题. 利用3D打印技术,使用PLA材料制备了手型蜂窝、六边形蜂窝、内凹六边形蜂窝、星形蜂窝和三角形蜂窝结构,并对这5种蜂窝结构进行测试了面内拉伸、面外弯曲和面内压缩的力学特性. 根据实验结果,依靠数据对这5种结构的蜂窝芯子进行力学性能对比.结果显示手型蜂窝结构具有较大的承载能力,六边形蜂窝结构的综合力学性能优于其他4种结构. 最后根据载荷位移曲线图,对比分析运用3D打印蜂窝结构在临时性建筑中,如何优于传统临时性建筑在建造中所使用的结构与材料. 研究表明:设计的蜂窝结构轻质高强优于传统临时性建筑物材料,在一定条件下利用3D打印技术,使用PLA材料制备的手型蜂窝和六边形蜂窝结构,可以满足灾后临时性建筑的力学性能需求且可设计性强,材料轻便节省人力,有效的减少临时建筑物对灾民的二次伤害.     

红外光学元件的补偿加工技术研究

为了实现红外材料光学元件的高精度制造,文中研究了单点金刚石车削加工(SPDT)技术,并针对面形检测中存在的面形误差较大的问题,提出了采用补偿加工技术,以面形检测数据为基础,反馈修正车削加工程序,再次对红外材料光学元件进行修正加工,有效地提高了其面形精度。实验结果表明:对于某口径为30mm的ZnSe材料二次非球面元件,采用补偿加工技术后,其面形精度从PV=252.4nm和RMS=67.28nm提升到PV=58.3nm和RMS=10.62nm;对于某口径为40mm的Ge材料高次非球面元件,面形精度从PV=181.0nm和RMS=44.0nm提升到PV=60.0nm和RMS=7.35nm;这充分说明了该技术的可靠性,该技术能够有效地提高红外材料光学元件的制造精度。     

非织造耐高温过滤材料的研究进展

因非织造材料本身具有特殊的多向立体微细弯曲孔道和高孔隙率结构非常适合加工制备滤料。对耐高温滤料中芳纶、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、玄武岩、芳砜纶、聚噁二唑、聚酰亚胺和玻璃纤维等八种材料进行简单介绍,重点介绍和分析了针刺和水刺两种滤料加工工艺。     

金属焊丝盘数控设备关键弯曲机构设计与分析

针对塑料焊丝盘在报废后很难自然降解的问题,本文设计了金属焊丝盘三维数控成型设备的弯曲机构。金属焊丝盘是由8个相同的骨架单元经过弯曲加工成型,然后通过拼焊而成。通过分析金属焊丝盘的结构,设计了1次和2次弯曲结构的方案,最终形成了1次弯曲机构和2次弯曲机构的三维装配图,并对2次弯曲机构的电机进行选型。利用有限元分析软件Ansys Workbench,对金属焊丝盘2次弯曲模具的整个系统进行了模态分析。分析结果表明,2次弯曲模具第一阶固有频率为123.037 Hz,远远高于电机的激振频率;并且2次弯曲模具整个系统不会发生共振。该设计对金属焊丝盘三维数控成型设备的研究具有重要的意义。     

材料弹性模量对弯曲正应力的影响

对由不同E值的材料或由在拉伸与压缩变形时E值不同的材料所构成的梁在弯曲时其正应力进行较详尽的分析,并给出应力计算公式对弯曲正应力如何受到材料力学性能的影响有进一步的认识。     

生死单元法分析薄壁件加工变形

针对零件中薄壁结构在机械加工中容易产生变形从而影响其加工精确度和加工质量的情况.对薄壁结构特点进行了分析,建立了有限元分析模型,并采用有限元中生死单元以及移动载荷施加技术实现了对切削加工过程的模拟,得到了典型薄壁结构在不同走刀路径下的加工变形规律,并对典型薄壁结构进行了切削加工实验,进一步验证了有限元分析的正确性.研究结果表明,采用有限元中生死单元技术以及移动载荷施加方法可以模拟材料的切除过程,并且在薄壁加工时,采用两边按一定的背吃刀量进行循环往复的加工方法能够有效控制薄壁的加工变形.     

Mechanical Response of Honeycomb Structures Under Impact

A honeycomb structure with a negative Poisson''s ratio (NPR) was designed, fabricated, and analyzed for utilization in personal protective clothing (PPC). The mechanical properties were investigated using a quasi-static mechanical testing and the Hopkinson pressure bar experimental system, and results were compared with similar samples containing regular hexagonal and regular quadrilateral honeycomb structures. The experimental results showed that under quasi-static loadings, the concave honeycomb structure had the highest compressive modulus and yield strength, which produced the highest strain absorption energy, anti-deformation performance and energy absorption. When exposed to a dynamic load at a high strain rate, the concave honeycomb also exhibited the highest dynamic compression modulus, the best impact resistance and best energy absorption among the three structures. In summary, the concave honeycomb structure was more resistant to deformation and had higher impact resistance than the regular hexagonal and regular quadrilateral honeycombs, and exhibited better energy absorption, which makes it a good candidate for application as a personal safety protection material.     

芯子开槽工艺对蜂窝纸板缓冲性能的影响

为解决蜂窝纸板初始缓冲性能差、干燥速度慢、易发霉等问题,对蜂窝纸芯采用开槽工艺处理,在不显著降低蜂窝纸板平压强度的前提下,尽可能地改善其缓冲性能。采用正交试验方法对30 mm厚蜂窝纸板进行静态压缩试验,以考察芯子槽形的宽度、深度和槽间距3个工艺参数对蜂窝纸板性能的影响。实验结果表明:当采用槽宽2.5 mm、槽深3 mm、槽间距32 mm的开槽方式时,蜂窝纸板具有较优的抗压与缓冲综合性能。     

开孔空心球结构的准静态压缩力学行为

空心球材料具有超轻、高比强度、缓冲性能好等优点，在航空航天、汽车安全等领域具有诸多需求，其力学性能主要受微观结构的影响。利用实验和有限元数值模拟研究3D打印开孔空心球结构的准静态压缩力学行为，主要分析胞元个数、开孔孔径以及空心球排列方式对两种连接方式空心球结构力学性能的影响。研究结果证实，开孔空心球结构的准静态压溃过程主要分为弹性变形阶段、塑性大变形阶段以及密实化阶段；当试件中胞元个数达到3×3×3以上时，其力学性能基本与胞元个数无关；总体上，有连接颈结构的比模量和比强度高于无连接颈结构，而无连接颈结构的比吸能高于有连接颈结构；面心立方排列结构的压缩力学性能优越，其次是体心立方排列结构，简单立方排列结构力学性能最弱；简单立方和体心立方结构的比模量、比强度以及比吸能与孔径之间是线性关系，而对于面心立方结构是非线性关系。为3D打印空心球材料的设计与应用提供一定参考。     

Beetle elytron plate and the synergistic mechanism of a trabecular-honeycomb core structure

For the development of lightweight biomimetic materials, the compressive properties of the beetle elytron plate(BEP, a type of biomimetic sandwich plate inspired from beetle elytra) and the underlying mechanism thereof were investigated. With the following results:(1) The shared mechanism of trabeculae was revealed by using structural analysis. It is further predicted that a BEP with hollow trabeculae should possess enhanced compressive properties.(2) When the trabecular number(N) in a hexagonal unit of the honeycomb is less than three, the compressive strength of the BEP is rapidly increased with the increment of N. When N is over four, the deformation capacity is significantly improved because of the arising of S-type buckling deformation in the core structure of the BEP. Furthermore, the definition of the BEP is proposed combined with the biological structure of the beetle elytra.(3) When N=6 and the external diameter of trabeculae is equal to the length of honeycomb walls, the synergistic mechanism between the trabeculae and the honeycomb walls in BEPs is fully exerted. Namely, the trabecula restricts the deformation of the honeycomb walls; in turn, the honeycomb walls provide lateral support for the trabecula. This mechanism leads the core in the BEP to generate an S-type global buckling deformation producing the best compressive properties. The results will greatly impact the biomimetic field of beetle elytra and many industries in which honeycomb structure also serves as a key component.     

钢次梁-混凝土主梁贯入式节点试验

提出一种在钢次梁梁端焊接锚固端板,并完全贯入混凝土主梁的新型钢次梁-混凝土主梁贯入式节点.为研究在弯矩作用下该节点的受力性能和破坏过程,对单边钢次梁-混凝土主梁贯入式T型节点进行1∶2缩尺的静力加载试验.试验结果表明:按混凝土梁受扭承载力略大于钢次梁抗弯承载力原则设计的节点,其破坏表现为钢次梁上翼缘受拉屈服,可完全发挥钢次梁的抗弯承载力,试验承载力略大于承载力理论计算值;试验过程中,节点区域锚固良好;节点有较好变形能力,转角延性系数可达5.11.     

多胞缓冲材料本构模型与应用进展

为了科学地设计汽车、航空、头盔及运输包装缓冲结构,以得到最优的结果,针对常用的泡沫、蜂窝及复合结构等,介绍各种缓冲结构的压缩性能表征、本构方程与工程运用的研究现状.针对泡沫结构的压缩性能,介绍泡沫结构的试验压缩响应与数值模拟方面的研究进展.结果表明：相对密度、环境温度、压缩应变率及微观结构等参数对泡沫的缓冲性能影响显著.相对密度越大,泡沫结构的屈服应力越大,吸收能量的能力越大;泡沫的吸收能量能力一般随环境温度的增加而减小;由于泡沫的基体材料表现率相关性,应变率增加导致吸收能量能力的增加;当微观结构不同时,泡沫的细胞分布导致结构的缓冲性能差异显著.针对蜂窝结构,介绍蜂窝结构的有限元模拟方面研究进展.介绍了填充管吸收能量结构和层状缓冲系统的工程运用以及所涉及到的一些优化方法．     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

改性速生杨木抗压性能试验研究

速生杨木在中国种植范围广,但由于力学性能差、变形大等缺点,其应用受到很大限制,迫切需要对速生杨木进行改性处理。主要考虑不同板材厚度（5、10、15、20 mm）和不同纹理（径向、弦向）两个因素对改性速生杨木进行力学性能试验研究。试验表明：随着板材厚度的减小,试件破坏由单个斜截面破坏至连续斜截面破坏,再到水平压皱破坏,最后出现双曲破坏和单板弯曲破坏。不同板材厚度改性试件抗压试验中,与对比试件相比,改性试件的力学性能有较大提高,且随着板材厚度的减小,试件的抗压强度、峰值压应变、弹性模量等均显著增大。不同纹理组合改性试件抗压试验中,弦向与弦向纹理组合试件力学性能最优,其次为径向与径向纹理组合试件,最低为弦向与径向纹理组合试件。同时,在顺纹加顺纹的纹理组合方式下,与对比试件相比改性试件的抗压强度、峰值压应变、弹性模量等均有提高显著;在顺纹加横纹的纹理组合方式下,改性试件的抗压强度和弹性模量反而有所降低。     

多元复合超早强灌浆料试验

目的研究铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、石膏和硅灰四元复合体系超早强灌浆料的流动度、凝结时间和力学性能,找出超早强灌浆料的最佳配比．方法采用行星式搅拌机将原材料搅拌均匀,利用跳桌测试流动度,贯入阻力法测定凝结时间,水泥压力试验机测试力学强度,混凝土收缩膨胀仪测试膨胀性能,分析砂胶比为1．0的微观结构．结果该体系辅以多种外加剂,采用高胶砂比可以保证初始流动度大于325mm,30min流动度大于280mm,2h抗压强度达34．80MPa,24h抗折达13．82MPa,28d抗压强度大于99．90MPa,56d抗压强度大于28d抗压强度．早期SEM微观结构显示晶形生长良好,结构致密．结论铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、石膏和硅灰按一定的比例复配,具有良好的施工和易性和力学性能．