低密度开孔泡沫蠕变松弛特性分析

利用三维Voronoi模型和有限元方法分析了胞壁材料具有粘弹特性的低密度开孔泡沫的蠕变和应力松弛行为.采用了三参量标准线性固体模型来描述胞壁材料的粘弹特性.所得结果表明.低密度开孔泡沫具有与其胞壁材料相同的松弛时间,当相对密度较低时(低于1%)开孔泡沫的松弛模量与胞壁材料的松弛模量和泡沫相对密度平方成正比.此外,计算结果还表明,低密度开孔泡沫在较小的初始应力条件下具有与其胞壁材料相同的延迟时间.其蠕变柔度与胞壁材料的蠕变柔度和泡沫相对密度平方倒数基本成正比.但随着初始应力值的增大,泡沫的延迟时间将会显著增加.     

基于三维细观力学模型的开孔泡沫弹性性能预测

泡沫材料的宏观力学性能主要取决于基体材料的力学特性及其微细观结构特征,基于细观力学模型的分析方法是泡沫材料力学性能研究的重要途径。文中基于Matlab语言和Abaqus软件构建了描述中等孔隙率开孔弹性泡沫材料微结构特征的三维随机分布球形泡孔模型,并采用有限元方法对弹性泡沫压缩变形进行了模拟,并计算给出了不同孔隙率弹性泡沫材料弹性模量、剪切模量、体积模量以及泊松比的分布,建立了相应的唯象表达式。与理论模型及测试结果的比较表明,本文基于三维随机泡孔模型模拟结果构建的唯象表达式能够对弹性泡沫材料的弹性力学性能给出很好的预测。     

基于相对即时密度的泡沫铝材料力学性能研究

通过对圆柱形泡沫铝试件进行静态压缩和冲击实验,考察了泡沫铝的初始密度、孔径和尺寸等因素对材料应力应变关系的影响,研究了基于相对即时密度的泡沫铝材料的塑性行为。实验所用泡沫铝试件包含四种尺寸,三种孔径及多种初始密度。实验结果表明,初始密度对泡沫铝的应力应变关系有着显著的影响,而其他因素,如孔径、试件尺寸等的影响较小。基于实验结果,提出了一种新的泡沫铝材料力学性能的描述方法,即用材料的相对即时密度与应力的关系来描述泡沫铝材料的塑性行为。该关系适用于静态和动态加载情况,只是两种情况下的参数不同。基于该方法,发现泡沫铝的塑性行为可以用单一的应力一相对即时密度关系描述,这一关系甚至不依赖于材料的初始密度,这将使泡沫铝材料塑性行为的描述大大简化。     

球体开孔泡沫铝准静态压缩性能实验研究

本文通过实验研究了球体开孔泡沫铝的准静态压缩性能。实验过程中发现球体开孔泡沫铝变形具有明显的\"三段性\"特征,即弹性阶段、屈服阶段和密实阶段。针对不同厚度的球体开孔泡沫铝板研究了尺寸效应对其屈服强度的影响。根据泡沫铝的经验型本构关系,给出了不同厚度下球体开孔泡沫铝的经验本构方程,并与实验结果对比。结果表明,所得到的经验型本构方程具有很好的适用性,为球体开孔泡沫铝的应用提供了实验依据。     

内压作用下球壳开孔接管的塑性极限分析

本文运用双矩弱作用屈服条件，分析了密集补强型球壳开孔接管的五类九种破坏机构的完全解，并给出了各类机构所适用的参数范围；从而为建立一种开孔补强设计方法提供了理论基础。本文算例和实验结果符合得很好。     

卵形弹体侵彻预开孔靶理论分析

以破爆型串联战斗部后级随进弹对预开孔靶侵彻过程为研究对象,基于锥形预开孔和库仑摩擦模型,发展完善了包括扩孔/开坑和稳定侵彻的卵形弹体侵彻预开孔靶理论模型。分别对该模型在侵彻脆性和弹塑性靶体的有效性进行了实验验证。利用该模型分析了弹头曲径比、预开孔直径、预开孔形状等对侵彻结果的影响。研究结果表明：发展完善的模型计算结果与实验数据吻合较好。柱形开孔情况下,侵彻速度、弹头曲径比及相对孔径同侵彻深度呈正比;在侵彻容积相同的条件下,弹体侵彻预开锥孔的侵深结果与锥角及相对入孔孔径变化关系较大。     

开孔和闭孔泡沫铝的力学与吸能特性研究

研究泡沫铝的力学与缓冲吸能特性有助于其在武器、航天与航空等领域的广泛应用。通过对开孔和闭孔泡沫铝的实验研究发现:开孔和闭孔泡沫铝的应力-应变曲线都明显呈现出线弹性变形、塑性屈服(平台段)和致密化3个阶段;闭孔泡沫铝较开孔泡沫铝的平台段更加明显;闭孔泡沫铝的吸能效率较开孔泡沫铝的高,比开孔泡沫铝更适合作缓冲元件。     

基于十四面体模型的闭孔泡沫材料动态力学性能的有限元分析

应用有限元方法分析了基于十四面体模型的三维闭孔泡沫材料的动态力学性能。计算中所有十四面体具有相同的尺寸,主要研究了不同初始冲击速度、不同相对密度以及组成泡沫的机体材料的应变强化对泡沫材料的变形模态、平台力及密实化应变能的影响,尽可能全面地描述了泡沫材料的能量吸收特性。数值结果表明：冲击速度对泡沫模型的模态影响较大,特别受到高速冲击时,冲击端泡沫形成I形然后向支撑端传播;相对密度对能量吸收能力的贡献较大,密实化应变能随相对密度呈二次曲线变化;冲击速度、相对密度及机体材料的应变强化分别与坪应力呈线性关系。     

圆柱壳大开孔的薄壳理论解

采用修正的Ｍｏｒｌｙ方程,以ρ０,Ｙ／Ｒ为小参数,对圆柱壳大开孔的边界条件进行渐近展开,得到了可适用于ρ０≤０．７,情况下的薄壳理论解。     

管壁加强开孔椭球封头的应力分析

本文采用有限元法分析了管壁加强开孔椭球壳的应力状况,讨论了壳体温度对于壳体应力和材料强度的影响。本文的分析模型来源于上海高桥石油化工公司化工厂的壹万吨/年乙烯裂解炉试验装置——废热锅炉的下封头。下封头上开有84个管壁加强孔。壳体封头主要承受炉内的蒸汽压力和介质温度。根据材料的第三、第四强度理论,本文讨论了锅炉下封头的安全性。     

胞体椭球比对泡沫塑料力学性能的影响

本文通过数值法研究了胞体椭球比对材料模量及泊松比的影响；在单向受力情况下，研究了变形对材料孔隙度、椭球比、杨氏模量和泊松比等材料参数的影响。     

聚氨酯泡沫塑料在应力波加载下的压缩力学性能研究

通过ＳＨＰＢ冲击实验装置研究了硬质聚氨酯泡沫塑料在应力波加载下的动态力学性能，得到了泡沫塑料在较高应变率下的应力－应变曲线；确定了泡沫塑料的动态屈服强度和动态弹性模量等力学参数，并同落锤冲击实验及准静态压缩实验的结果进行了比较。     

A NOVEL THEORY OF EFFECTIVE MECHANICAL PROPERTIES OF CLOSED-CELL FOAM MATERIALS

In this paper a new theory of effective mechanical properties of foam materials is proposed. A cell volume distribution coefficient is introduced to modify the original Gibson-Ashby equations of effective mechanical properties of foam materials. The constants that influence the effective modulus are replaced by the coeff~cient. Based on the modified distribution coefficient, the yield stress is also recalculated. Using X-ray microtomography, the internal structures of dif- ferent samples of polypropylene-nanoclay foam are obtained. The cell volume distributions of these samples are derived from the experiment by image analysis and the fitting curves are plot- ted. The distribution coefficient is acquired using the parameters from the theoretical model of the distribution curves. The results of the improved theory are compared with the experimental values and show good fitting quality. It was found that the precision of the improved theory is high and the cell volume distribution has an impact on the effective mechanical properties that would lead to the optimization of the synthesis procedure.     

Kelvin结构开孔泡沫材料的弹性性能研究

采用一修正的十四面体结构模型(Kelvin结构模型)对开孔泡沫金属的弹性性能进行研究,对低密度开孔泡沫材料表现出不可压的特性进行了分析.该模型考虑作用在泡沫筋条上的弯矩、剪力和轴向力,以及轴向力的平衡.修正模型的数值计算结果与实验结果及其他模型的结果进行了对比,结果表明修正模型计算的杨氏模量比原有模型的略有提高,筋条截面为星形的修正模型计算的结果与实验比较符合.在密度等同的条件下,筋条截面惯性矩越大的开孔泡沫材料,其弹性模量也越大,而泊松比则越小.Kelvin结构的开孔泡沫材料的泊松比随相对密度的减小而趋于0.5.     

THEORETICAL STUDIES ON MICROBUCKLING MODE OF ELASTIC MEMORY COMPOSITES

Elastic memory composites （EMCs） have great potential applications in future deployable space structures due to their high packaging strain and shape memory characteristics. Microbuckling of compressed fibers is the primary deformation mechanism of such structures to receive a higher packaging strain than that of traditional fiber-reinforced composites. In order to have a better understanding of such deformation mechanism, the microbuckling model of EMC laminates under bending is analyzed firstly. Then the theoretical critical microbuckling parameters are predicted, which are compared with experimental observations and other models.     

基于三相球模型确定泡沫塑料有效模量

通过复合材料三相球模型确定泡沫塑料的体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等材料等参数与材料孔隙比的关系，并将该文结果同微分法得到的结果进行了对比；结果表明：三相球模型确定的材料参数在相同孔隙比情况下，一般都高于微分法确定的结果，两种方法得到的有效剪切模量和杨氏模量差异较小，而体积模量和泊松比则差异较大，然而，由三相球模型确定的泡沫塑料杨氏模量仍可与实验较好地符合。此外，该文结果也同现有的理论及实验     

DETERMINATION OF EFFECTIVE MODULI FOR FOAM PLASTICS BASED ON THREE PHASE SPHEROIDAL MODEL

The relations of bulk modulus,shear modulus,Young's modulus and the Poisson's ra-tio with porosity of foam plastics are determined by a three phase spheroidal model commonly used inComposite Mechanics.The results are compared with those using differential scheme.It is shownthat the material properties derived from the present model normally are larger than those obtained bydifferential scheme for foam plastics with identical porosity.The differences in shear moduli andYoung's moduli obtained by the two methods are small,but they are larger for bulk moduli of incom-pressible matrix and Poisson's ratios.The Young's moduli of high density foam plastics derived by thepresent model agree better with experimental ones.     

受压橡胶海绵圆筒的轴对称平面应变问题研究

针对橡胶海绵材料圆筒受压问题,根据欧拉-拉格朗日变分原理,建立了基于Blatz-Ko材料模型的轴对称平面应变问题的非线性微分方程. 采用参数变换的方法,获得了该问题的参数形式解析解. 并通过相应数值算例,得到了径向应力和切向应力沿圆筒径向的变化规律,以及过盈量对径向应力和切向应力影响规律.      

闭孔泡沫铝低速冲击防护的临界条件与优化设计

建立了高孔隙率闭孔泡沫铝抗低速撞击的分析模型,通过落重冲击试验验证了模型预测的准确性;采用所建立的模型,计算了闭孔泡沫铝作为大质量结构抗低速冲击构件的临界冲击速度,研究了不同冲击条件下结构响应的最小加速度和临界加速度。结果表明,闭孔泡沫铝适合作为大质量结构的低速冲击防护材料：当撞击速度低于临界冲击速度时,泡沫铝的作用应力不会超过其平台压缩应力,具有高孔隙率的泡沫铝甚至可使冲击响应加速度大幅降低,具有优良的防护效果;当撞击速度超过相应条件下的临界速度时,由于泡沫铝压缩密实阶段的应力增强作用,不仅使其作用应力迅速增大（为平台应力的5～15倍）,而且使冲击响应加速度迅速增加甚至超过1000g,从而对结构的安全防护构成威胁。最后,讨论了冲击质量比、泡沫铝孔隙率、泡沫几何尺寸等冲击参数对临界冲击速度和冲击响应加速度的影响。