铝蜂窝异面压缩的扩胞等效方法

基于铝蜂窝表观密度、质量、平台强度、异面弹性模量、压缩率、吸能量6个基本力学量,建立了正六边形铝蜂窝等效前后胞元厚跨比(胞壁厚度与跨度的比)间的映射关系,得到相同厚跨比蜂窝结构具有相同的力学属性与吸能特性。采用以大换小的扩胞途径,保持胞元厚跨比不变,通过改变蜂窝胞元结构几何参数,提出了将致密孔格稀疏化的蜂窝扩胞等效分析流程,实现了致密蜂窝数值模拟时单元规模与计算时间的有效减缩。基于显式有限元方法,建立了8种等间距扩胞铝蜂窝求解模型,结果验证了扩胞等效方法的可行性。等效前后计算效率的对比分析显示了扩胞方法的高效性。但在异面方向尺度与胞元跨度相近时,扩胞等效方法受到一定的局限。     

铝蜂窝的动态力学性能及影响因素

采用显式动力有限元方法研究了具有不同胞元结构的六角形铝蜂窝在冲击荷载下的力学性能,讨论了铝蜂窝的变形模式和动态承载力以及影响因素。通过改变胞壁夹角得到5种不同的胞元结构,计算采用了3种冲击速度。结果表明,在准静态变形模式下,胞元的几何因素对铝蜂窝的承载力起主导作用;一旦蜂窝的变形呈现动态模式后,惯性效应显著,对蜂窝承载力起决定作用,胞元几何因素的影响不再明显;在过渡模式下,惯性效应与几何因素共同主导蜂窝的动态承载力,并且冲击速度越高,惯性效应的影响越大。     

用均匀化理论分析蜂窝结构的等效弹性参数

在线弹性范围内,根据均匀化理论,并结合有限元方法推导出适用于二维周期性结构的均匀化的有限元格式(Homo FEM),计算出不同相对密度下的规则蜂窝结构的等效弹性模量和泊松比. 同时,利用蜂窝结构的代表胞元模型,用常规的有限元方法(FEM)模拟计算出相应的等效弹性参数. 最后将两种数值计算结果与已有的理论公式进行了比较和分析讨论. 结果表明：在考察的相对密度全场范围内FEM得到的蜂窝结构与FEM使用平面实体单元模拟计算得到的结果一致吻合,反映出Homo FEM数值方法的客观准确性和可行性. 而Gibson公式和W-K得到的等效弹性模量值 只是在较小相对密度的情况下(小于0.15)与数值计算结果吻合. 当结构的相对密度较大时,必须考虑胞棱附近区域由应力集中导致的复杂的应力和应变分布的影响.     

类蜂窝结构对腔体流动分岔的影响研究

流动分岔对于厘清流场物理特性意义非凡, 对于工程实际中遇到的流动问题分析和相关应用有着非常重要的指导意义. 作为流体力学中的经典问题, 腔体流动在很多重要领域都被广泛应用, 具备极高的研究价值. 对于腔体内流流动而言, 腔体几何构型对于流动分岔的类型和临界雷诺数影响较大. 针对目前国内外研究现状, 部分几何构型对于流动分岔的影响规律尚未明晰. 文章通过基于直角网格的LBM算法和流场稳定性分析理论, 针对类蜂窝构型的腔体内流开展数值模拟和流动现象机理分析研究, 揭示了类蜂窝结构对于内流流场流动分岔的影响机制. 对比之前的研究, 着重探究类蜂窝构型对于Hopf、Neimark-Sacker以及Turbulence-triggering流动分岔的影响以及该构型内流动演化模式和涡系发展特征, 从物理层面分析流动现象的形成机理. 研究结果表明, 虽然类蜂窝构型不会影响流动分岔的类型以及流场演化模式, 但是对于流动分岔的临界值影响较大. 可以有效推迟流动失稳和湍流出现, 极大地提升了内流流场的稳定性. 此外, 该流场内的涡系结构及演化规律异常稳定.     

2D周期蜂窝结构面内静动态压缩力学行为研究

基于``平板开缝-装配-焊接'工艺制备了以高聚物为基体的Kagome等蜂窝结构,并开展了Kagome, 正三角形和菱形蜂窝结构的面内准静态压缩力学行为实验研究,实验过程中应用CCD图像采集系统和图像相关法对试件进行了全场位移监测. 另外对比传统正六边形蜂窝,采用数值分析技术,模拟了低速冲击下不同蜂窝结构坍塌行为. 实验结果和数值模拟均揭示了在材料用量和结构尺寸完全相同的情况下,Kagome蜂窝结构的面内能量吸收性能优于其它3种蜂窝结构,并发现了Kagome蜂窝压缩变形时所特有的局部蜂窝旋转变形. 研究结果表明改变蜂窝形状和周期性排布会对蜂窝结构整体的变形模式以及能量吸收性能产生较大的影响.      

铝面板厚度对Nomex蜂窝夹层结构冲击后弯曲性能影响的试验研究

通过低速冲击试验和四点弯曲试验,研究了铝面板厚度对Nomex蜂窝夹层结构抗冲击能力和剩余强度的影响。结果表明:在冲击荷载作用下,面板发生变形的区域大小随面板厚度增加而变大,当面板厚度大于0.5mm时,变形区域直径趋于稳定;无论试件是否受到过冲击,在弯曲载荷作用下,0.2mm厚面板发生芯格内屈曲失稳,而其他厚度面板均发生格间失稳;对无冲击损伤的结构,0.2mm厚面板弯曲强度显著低于其他厚度面板;对含冲击损伤的结构,0.2mm厚面板的剩余强度百分比最高。     

TEMPERATURE SENSITIVITY AND PREDICTION OF THE MECHANICAL BEHAVIORS OF ULTRAFINE GRAINED ALUMINUM UNDER UNIAXIAL COMPRESSION

In the present work, we explore the strain hardening behaviors as well as the effect of temperature on the plastic deformation of ultrafine grained aluminum. The temperature sensitivity is determined and compared with that of coarse grained material. The results indicate that the flow stress of ultrafine grained aluminum displays enhanced sensitivity to temperature. The reduction in activation volume is suggested to be the major reason for the enhanced temperature sensitivity as grain size is refined into the sub-micrometer regime. Finally, a phenomenological constitutive model is proposed to describe the post-yield response of ultrafine grained aluminum.     

轴向压应力波下圆柱壳弹性动力失稳的判据与机理

基于动力失稳瞬间能量的转换和守恒,推导提出了受轴向力圆柱壳弹性动力失稳的判据和两个临界条件.由第一个临界条件导出的圆柱壳弹性动力失稳的控制方程、边界条件、屈曲变形连续条件与利用Hamilton原理推导的结果完全相同,但不足以确定包含在本问题中的两个待定特征参数(临界载荷参数和动力特征参数).由第二个临界条件导出压缩波前的屈曲变形约束方程.基于控制方程有满足边界条件、变形连续条件和波前约束方程的非平凡解的条件,导出关于两个特征参数的一对特征方程.基于特征方程的解,精确地计算出临界载荷参数和动力特征参数的值以及动力失稳模态.由此建立了轴向力作用下圆柱壳弹性动力失稳的特征值分析方法.     

岩样单轴压缩变形破坏与能量特征研究

基于在伺服试验机上得到的同直径不同长度大理岩样的单轴压缩试验结果,研究了尺寸对岩石变形破坏与能量特征的影响规律.结果表明,岩石长度对峰值应力前的轴向变形特性没有显著影响,但明显改变峰后的轴向变形特性;岩样长度对峰后塑性变形特性影响不大;直径一定时随着长度的增大,岩样破裂形式由竖向劈裂变为剪切破坏.随着长径比的增加,岩石破坏应变能呈幂律衰减趋势,且当长径比增加至2以后,便基本趋于恒定,不再明显减小;而岩石破坏能呈先减小后增大的非线性变化趋势.     

受弯脱层层板的局部失稳临界载荷的有限元分析

含脱层的复合材料层板承受弯曲载荷作用会产生跳跃失稳，还常常引起脱层扩展，从而导致结构失效。本文用基于一阶剪切层板理论的几何非线性有限单元法分析了受弯曲曲载荷作用下含脱层板的人稳的临界载荷。本文指出分叉失稳产生了跳跃失稳，而该跳跃失稳与浅圆拱或薄圆柱壳受向心压力作用下的跳跌 同，在整体平衡路径上没有一个极限点。本文对临界载计算结果比使用能量准则的结果要小，文中给出了原因。     

反射激波冲击重气柱的RM不稳定性数值研究

数值研究了二维气柱在入射激波以及反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性发展规律, 采用有限体积法结合网格自 适应技术的VAS2D程序, 精确刻画激波和界面的演化. 入射平面激波的马赫数为1.2, 气柱界面内气体为六氟化硫(SF₆), 环境气体为空气, 激波管的尾端为固壁. 通过改变气柱与尾端之间的距离调节反射激波再次作用已经变形的气柱的时间, 获得不同时刻下已经变形的气柱形态、界面尺寸以及环量演化受到反射激波的影响. 结果表明, 反射激波再次作用气柱时, 气柱所处发展阶段不同, 界面演化规律以及环量随时间的变化也不相同, 反射激波与气柱相互作用过程中的涡量产生和分布与无反射情况差异较大, 揭示了不同情况下界面演化的物理机理.     

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。     

DEM SIMULATION OF LIQUEFACTION FOR GRANULAR MEDIA UNDER UNDRAINED AXISYMMETRIC COMPRESSION AND PLANE STRAIN CONDITIONS

Based on three dimensional (3D) Discrete Element Method (DEM), the paper presents simulation results of undrained tests on loose assemblies of polydisperse spheres under axisymmetric compression and plane strain conditions using a periodic cell. In the present work, undrained tests were modelled by deforming the samples under constant volume conditions. The undrained (effective) stress paths are shown to be qualitatively similar to experimental results in literature. A microscopic parameter in terms of redundancy factor (RF) is used to identify the onset of liquefaction (or temporary liquefaction), with the condition of RF equal to unity defining the transition from ’solid-like’ to ’liquid-like’ behaviour. It is found that the undrained behaviour is governed by the evolution of redundancy factor under both undrained axisymmetric compression and plane strain conditions, and a reversal of deviatoric stress in stress path for medium loose systems occurs due to the fact that the system becomes a structural mechanism (RF<1) transiently at the microscopic level during the evolution.     

轴向均布载荷下压杆稳定问题的DQ解

叙述了微分求积法(differential quadrature method)的一般方法，研究用微分求积法求解在均布轴向载荷下细长杆的稳定问题．通过Newton-Raphson法求解非线性方程组，以及对问题进行线性假设后求解广义特征值方程，得到了精度很高的后屈曲挠度数值和临界载荷数值．与解析解和其他近似解相比，微分求积法具有较高的精度和简便性．     

轴对称压—弯下圆板中圆脱层的后屈曲扩展

本文分析了周边承受轴对称压一弯载荷的圆板中薄圆脱层的后屈曲扩展.运用基于四阶龙格-库塔积分公式的打靶法得到无量纲形式Von Karman非线性方程组的单参数解族.利用与路径无关的M积分导出能量释放率表达式并给出相应的数值解.文中还探讨了分叉、跳跃及扩展的可能性.