负泊松比结构力学设计、抗冲击性能及在车辆工程应用与展望

轻量化多功能负泊松比结构由于具有优异的可设计性、拉胀特性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能、减震降噪等特性,在车辆吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力.本文详细综述了负泊松比结构的力学设计及其在车辆工程中的典型应用:(1)负泊松比基本概念及其力学特性, 以及近几十年来的快速发展趋势;(2)负泊松比材料与结构构型设计方法的基本分类、负泊松比泡沫材料微结构特征及制备工艺、负泊松比复合材料设计方法的基本发展历程以及前沿人工智能设计方法;(3)针对典型负泊松比结构的力学设计进行详细介绍, 主要包括手性结构、方格旋转结构、双箭头内凹结构、内凹蜂窝结构、拉伸扭转效应负泊松比结构等;(4)负泊松比材料与结构的冲击吸能特性及相关的实验、理论和模拟研究;(5)负泊松比材料与结构在汽车轻量化设计领域的典型应用, 主要包括汽车吸能盒、B柱、发动机罩、安全带、悬架、免充气轮胎等典型吸能结构件;(6)负泊松比结构在汽车工程中的应用前景, 所面临技术挑战和巨大应用潜力.      

负泊松比材料和结构的研究进展

负泊松比材料和结构具有特殊的力学性能,在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀).其在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收和压陷阻力等方面比传统材料更有优势,因而负泊松比材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域有广泛的应用前景,但目前负泊松比材料的应用与普及仍面临一些挑战.本文广泛讨论了国内外关于负泊松比材料的研究成果并介绍了负泊松比材料的最新进展,将负泊松比材料大体概括为以下4类:天然负泊松比材料、胞状负泊松比材料、金属负泊松比材料、多重和复合负泊松比材料.主要介绍了各种负泊松比材料的内部结构、负泊松比机理、力学性能以及在各行各业的新发明、新应用.针对目前负泊松比材料研究理论和实验成果多,而实际应用仍然较少的情况,指出了负泊松比材料的缺点及其推广所面临的挑战.目前负泊松比材料面临的主要问题是制造成本高、孔隙率大而承载力不足以及仅适用于小应变情况等.本文针对此情况详细介绍了金属负泊松比材料及其设计和制作的方法,改善负泊松比材料的不足并推广其应用.      

负泊松比材料和结构的研究进展

负泊松比材料和结构具有特殊的力学性能,在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀).其在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收和压陷阻力等方面比传统材料更有优势,因而负泊松比材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域有广泛的应用前景,但目前负泊松比材料的应用与普及仍面临一些挑战.本文广泛讨论了国内外关于负泊松比材料的研究成果并介绍了负泊松比材料的最新进展,将负泊松比材料大体概括为以下4类:天然负泊松比材料、胞状负泊松比材料、金属负泊松比材料、多重和复合负泊松比材料.主要介绍了各种负泊松比材料的内部结构、负泊松比机理、力学性能以及在各行各业的新发明、新应用.针对目前负泊松比材料研究理论和实验成果多,而实际应用仍然较少的情况,指出了负泊松比材料的缺点及其推广所面临的挑战.目前负泊松比材料面临的主要问题是制造成本高、孔隙率大而承载力不足以及仅适用于小应变情况等.本文针对此情况详细介绍了金属负泊松比材料及其设计和制作的方法,改善负泊松比材料的不足并推广其应用.     

负泊松比材料与结构的力学性能研究及应用

本文综述了负泊松比材料与结构研究的发展过程,包括负泊松比材料拉伸膨胀理论研究、天然和人工制备负泊松比材料与结构的力学性能研究、负泊松比材料与结构的制备以及其在各个领域的广泛应用,并对未来负泊松比材料与结构的力学性能研究及应用进行了展望.      

关于负泊松比的材料力学课程教学拓展与探索

泊松比是材料力学课程教学中的重要力学概念与材料弹性常数之一。本文对现有材料力学课程中泊松比教学内容进行了拓展和补充,引入了负泊松比效应概念,并介绍了常见的负泊松比材料及其力学性能优势。重点基于内凹蜂窝超材料,详细介绍了实现负泊松比效应的超材料力学理论分析及其教学实践;并借鉴虚拟仿真实验概念,应用有限元数值分析方法,对超材料的负泊松比效应进行仿真分析与讨论,直观地展示了超材料的力学变形模式及其负泊松比效应。从而以此为切入点,加深学生对弯曲内力、挠度、应变和泊松比等重点知识的理解与实践运用。     

同时测量U、V场的云纹干涉系统

本文介绍了两种可以同时测量物体变形U、V场的云纹干涉系统.并利用该系统成功地完成了有塑性变形高分子材料的泊松比测量实验.     

一种由圆柱体试件的侧向压缩力-位移关系同时测量材料弹性模量和泊松比的新方法

材料的弹性模量和泊松比是材料表征的重要力学参数,传统的压缩试验需要同时测量荷载、压缩和横向变形,才能实现对弹性模量和泊松比的同时测量。本文从Hertz接触理论出发,推导出弹性圆柱体在侧向压缩下的位移-力关系公式,在该关系式中位移与力的关系除与试件的几何尺寸相关外,还取决于材料的弹性模量和泊松比。因此,可以通过对侧向压缩试验测得的力-位移关系进行非线性拟合,得到材料的弹性模量和泊松比。本文通过对硅胶材料开展轴向与侧向压缩试验,对比两种试验测量得到的弹性模量和泊松比,结果较为一致,验证了本文提出方法的可行性。对于模量较小的软物质,因加载过程的荷载常常较小,系统测量的位移可代表试件的变形位移,故本文提出的新测量方法特别适合应用于该类型材料的相关性能测量。     

影像云纹法测量材料泊松比的实验研究

本文讨论了一种测量非金属材料泊松比的新方法——影像云纹法,研究了几种数据处理的办法及引起误差的原因.本方法可用来测量线弹性和线粘弹性材料的泊松比。     

对国家标准GB2105-80的一点意见

本文对国标中泊松比的测量方法进行了讨论。通过实验和分析,建议用静态法测量全属材料的泊松比。     

亚微米氮化钛膜的纳米压痕和划痕测定

采用等离子电弧沉积的方法，分别在GT35和40CrNiMo钢上沉积厚约为0．5μm的氮化钛(TiN)膜．为了筛选基材，采用纳米压痕和划痕技术，评价膜基界面结合和固体润滑效果．纳米压痕结果，GT35，40CrNiMo和TiN的纳米硬度／弹性模量的典型值分别约为11．5GPa／330GPa，6．0GPa／210GPa，30GPa／450GPa．纳米划痕结果，GT35有较理想的膜基结合能力；GT35，40CrNiMo，TiN及其有机膜的摩擦系数分别约为0．25，0．45，0．i5，0．i0．同40CrNiMo相比，GT35是较为理想的基体材料．纳米压痕和划痕技术能提供丰富的近表面的弹塑性变形、断裂和摩擦等的信息，是评价亚微米薄膜力学性能的有效手段．