多胞材料的力学行为

多胞材料具有独特的力学性质,其工程应用日益增加.人造多胞材料可以分为蜂窝材料和泡沫材料两类.本文介绍了这两类材料在不同载荷条件下力学行为的研究概况.对于某些天然材料(木材和松质骨)的多胞结构及其模型也作了简要介绍.     

关于"多胞材料"和"点阵材料"的一点意见

近年来,新型的结构材料和功能材料层出不穷,有关的新名词术语也极待厘定．     

蜂窝材料的非线性剪切行为

将梁的弹性大挠度弯曲理论应用于蜂窝壁板,研究了大变形条件下蜂窝材料的非线性剪切变形行为.研究中将椭圆积分形式的解答应用于蜂窝胞元的壁板,并利用平衡和变形谐调条件建立了相应的非线性代数方程组,然后利用牛顿一拉夫森迭代法求解.在上述数值解法的基础上,确定了等效剪应力和剪应变间的非线性曲线,并给出了剪切模量的非线性修正因子,该因子只与蜂窝形状和变形情况有关,而与细长比无关,因而能描述一类蜂窝材料的剪切行为.与有限元数值结果的比较表明,此方法具有较好的精度.     

多胞材料的动态应力应变状态及其一致近似关系

多胞材料在高速冲击下呈现出逐层压溃的变形模式,塑性冲击波模型可以用来表征这种集中变形带的传播行为。本文中采用截面应力计算方法得到了随机蜂窝在恒速冲击下的一维应力分布,进而对冲击波的传播规律进行了分析。比较了高速冲击下由不同方法得到的冲击波速度与冲击速度的关系,结果表明R-PP-L（率无关,刚性-理想塑性-锁定）模型高估了冲击波速度,但R-PH（率无关,刚性-塑性硬化）模型以及一维冲击波理论得到的冲击波速度与有限元结果比较接近。冲击波速度与冲击速度在高速情形下趋于线性关系,但随着冲击速度的减小,冲击波速度不断减少并趋于常数。根据这一特征和塑性冲击波模型,发展了可以表征冲击波速度与冲击速度的关系、动态应力应变关系的一致近似模型。

     

部分充液多胞元结构的面内动态力学特性研究

为探究部分充液多胞元结构的抗冲击防护性能,结合充液内凹胞元的落锤冲击试验,建立了充液内凹胞元、部分充液内凹多胞元结构的冲击动态特性二维FEM数值分析,计算得到了部分充液内凹多胞元结构的变形破坏模式,讨论了不同冲击速度下部分充液内凹多胞元结构的动力学响应特性。结果表明:在充液胞元破损后,水介质会流入相邻未充液胞元,形成二次鼓胀吸能效应,从而有效提高结构壁面的变形吸能水平;结构中的充液区域和未充液区域的变形破坏模式分别为鼓胀拉伸和屈曲弯折;随着冲击速度的提高,结构的单位体积应变能以及对初始冲击载荷的削弱作用均得到增强。横向充液方式可以等效为变刚度弹簧的串联布置,该方式仅影响结构的局部刚度,纵向充液方式可以等效为多层变刚度弹簧的并联布置,该方式会影响结构的整体刚度;充液区域与未充液区域的等效刚度呈动态变化,结构变形模式由各区域实时的等效刚度决定。当载荷冲击速度较高时,横向和纵向部分充液内凹多胞元结构对初始冲击载荷的削弱能力均优于未充液内凹多胞元结构。     

松质骨的细观力学研究评述

用细观力学方法分析松质骨的力学性能，研究松质骨的弹性模量、压缩强度与其相对密度之间的关系，这是骨力学的一个重要研究方向．     

松质骨的细观力学研究评述

用细观力学方法分析松质骨的力学性能,研究松质骨的弹性模量、压缩强度与其相对密度之间的关系,这是骨力学的一个重要研究方向．      

梯度多胞材料的动态力学性能分析与设计研究综述

多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构,具有轻质、高比吸能等特性,广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控,满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述,着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先,介绍了梯度多胞材料的分类,较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究,阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯性效应存在的竞争机制。其次,以冲击波模型为力学原理指导梯度多胞材料/结构设计,介绍了梯度多胞材料耐撞性反向设计、多种抗爆炸夹芯结构设计、计及弹靶耦合效应的爆炸载荷模拟器设计等策略,实现了最佳防护效果或载荷精准控制,为抗冲击/抗爆炸防护设计和快速评估提供理论基础和技术支撑。最后,展望了梯度多胞材料在极端环境加载、大能量冲击和强非线性载荷调控等需求下冲击防护领域的应用前景。     

极性材料的热弹性力学

本文在文献[1]、[2]、[3]、[5]、[7]的基础上,讨论了线性耦合下,极性材料三维热弹性力学的能量方程、熵生成定律、耗散函数、Fourier热传导方程和它的变分原理。     

铁电材料的疲劳失效行为

在航空航天、核能发电等重大装备技术领域, 作为高温传感/驱动/能量收集器件的敏感材料——铋层状结构铁电(BLSF)陶瓷在复杂载荷环境下的疲劳失效问题严重限制着器件寿命和可靠性的提高. 本文以BLSF陶瓷的应用需求为背景, 围绕铁电材料的疲劳裂纹扩展与电畴极化翻转及其相互作用机制等关键问题, 综述了铁电材料在热、力、电三种载荷及其耦合作用下疲劳失效行为的研究现状, 并根据当前铁电材料的一些新发展、新应用对其未来研究方向进行了展望, 旨在为高性能、长寿命铁电/压电器件设计提供参考.     

A UNIFIED ENERGY APPROACH TO A CLASS OF MICROMECHANICS MODELS FOR MICROCRACKED SOLIDS

Micromechanics models have been developed for the determination ofthe elastic moduli of microcracked solids based on different approaches andinterpretations,including the dilute or non-interacting solution,the Mori-Tanakamethod,the self-consistent method,and the generalized self-consistent method.It isshown in the present study that all these micromechanics models can be unified withinan energy-equivalence framework,and that they differ only in the way in which themicrocrack opening and sliding displacements are evaluated.Relevance to thedifferential methods and the verification of these models are discussed.     

正六角形蜂窝夹芯层弯曲刚度理论分析

论文研究了由正六角形胞元构成的正六角形蜂窝夹芯层弯曲刚度.由于正六角形蜂窝夹芯层受面内载荷作用时在胞元斜壁上引起的弯矩与受面外载荷作用时在胞元斜壁上产生的弯矩有所不同,因此,基于面内变形的正六角形蜂窝夹芯层面内等效弹性参数不能用于计算正六角形蜂窝夹芯层弯曲变形.论文基于正六角形蜂窝夹芯层产生弯曲变形时三胞元壁板连接处转角为零的条件会导致正六角形胞元斜壁产生扭曲变形的事实,提出了一种新的正六角形蜂窝夹芯层理论分析方法.用论文方法计算得到的数值结果与有限元商用软件MSC.Marc计算得到的数值解进行对比,表明论文方法不但有效而且可行.     

正交各向异性Kagome蜂窝材料宏观等效力学性能

由于微结构的布局和尺寸的方向性,人造和天然的蜂窝材料都会不同程度呈现各向异性,其中正交各向异性的蜂窝材料较为常见.该文采用桁架模型推导了正交各向异性Kagome单胞蜂窝材料等效刚度和强度的解析表达式,给出了初始屈服函数和近似弹性屈曲强度,讨论了等效刚度与各向异性率和相对密度的关系.等效刚度的解析结果与单胞壁杆采用梁单元建模的刚架模型均匀化结果进行比较,结果令人满意.需要说明的是这类"组合蜂窝"材料具有多功能性和潜在的可设计性,正在受到人们关注.     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF ALUMINA COATINGS PLASMA-SPRAYED AT DIFFERENT SUBSTRATE TEMPERATURES

Alumina coatings are prepared by atmospheric plasma spraying through controlling the substrate temperature during spraying. The changes in microstructure and mechanical properties of the coatings prepared at different substrate temperatures are examined. The hardness and the elastic modulus of the coatings are measured by indentation methods. The results show that interlamellar bonding in the coatings is significantly improved with increasing the substrate temperature. Moreover, long through-thickness colum...     

纤维增强韧性基体界面力学行为

分析了纤维增强韧性基体的界面力学行为及其失效机理.按剪滞理论和应变硬化规律研究微复合材料的弹塑性变形和应力状态.讨论了幂硬化和线性硬化基体的弹塑性变形和界面应力分布,并给出纤维应力和位移的表达式.按最大剪应力强度理论建立了纤维/基体界面失效准则,推导出弹塑性界面失效的平均剪应力随纤维埋入长度的变化关系.     

DEVELOPMENT AND APPLICATIONS OF THE ELASTO-PLASTIC CELLULAR AUTOMATON

The paper presents the advancement and applications of the elasto-plastic cellular automaton (EPCA),a simulator for rock mechanics and rock engineering.The most significant feature of EPCA lies in its ...     

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.