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1.
朱一林  江松辉  于超 《力学学报》2022,54(10):2733-2746
前期研究工作中, 基于有限元分析, 作者发展了一种在大变形范围内具有可调恒定负泊松比的新型增强六手臂缺失支柱手性拉胀超材料. 为了揭示微观结构?力学性能关系, 并进一步指导超材料目标参数设计, 本文在小变形框架下基于能量法建立了表征该拉胀材料等效泊松比和弹性模量的理论模型. 增强六手臂缺失支柱手性拉胀材料由“Z”型手臂元件组成. “Z”型手臂可以被假设为两端简支的欧拉?伯努利梁. 因此, 本文首先推导了两端受集中力和力偶的任意形状欧拉?伯努利梁的应变能. 然后, 考虑平衡条件和变形协调条件进一步给出了材料等效泊松比和弹性模量的理论表达式. 研究表明只有“Z”型梁的内外手臂比为2:1时, 理论表达式才有简洁的形式. 为了更好地利用所推导的理论表达, 基于理论推导, 本文开发了MATLAT图形用户界面 (GUI). 在GUI中输入可描述该超材料几何形状的独立几何参数, 即可直接获取其等效泊松比和弹性模量. 最后, 基于理论结果, 系统讨论了超材料微结构几何参数对其等效力学性能的影响, 并将理论解与有限元计算结果进行了对比. 结果表明, 可以通过调控微结构几何参数获取大范围的目标力学性能.   相似文献   
2.
为了深入研究车辆底部防护组件爆炸冲击下的结构响应,提高防护型车辆的抗爆炸冲击性能,建立了某车辆底部防护组件在爆炸冲击下的有限元模型,并进行爆炸冲击台架试验验证了有限元模拟的可靠性;将内凹六边形负泊松比蜂窝材料作为防护组件的夹芯部分,分析负泊松比蜂窝材料在爆炸冲击下的变形模式,并对比了同等质量的其他3种防护组件的抗爆炸冲击性能。结果表明,含有负泊松比蜂窝夹芯的防护组件具有更优的抗爆性能。建立了以内凹六边形负泊松比蜂窝胞元尺寸参数为设计变量的多目标优化问题的数学模型,采用多目标遗传算法获得胞元几何参数的最优方案,有效降低了防护组件基板的最大挠度和最大动能。  相似文献   
3.
二维材料由于其在力学、电学以及光学等领域的潜在应用而受到广泛关注.基于第一性原理计算,通过有序地排列SiH3SGeH3的Si-S-Ge骨架,设计了一种全新的二维材料SiGeS.单层SiGeS具有良好的能量、动力学以及热力学稳定性. SiGeS具有非常罕见的负泊松比.此外,单层SiGeS是间接带隙半导体,其带隙值为1.95 eV.在应变的作用下, SiGeS可转变为带隙范围为1.32—1.58 eV的直接带隙半导体,可被应用在光学或半导体领域.同时,本征SiGeS拥有优异光吸收能力,其最高光吸收系数可达约10~5 cm–1,吸收范围主要在可见光到紫外波段.在应变下,光吸收范围可覆盖到整个红外波段.这些有趣的性质使得SiGeS成为一种多功能材料,有望被用于纳米电子、纳米力学以及纳米光学等领域.  相似文献   
4.
设计了一类线型聚多联苯2,6-二甲酰对苯二胺聚合物,并对聚合物分子模型进行了计算机模拟,通过分子力学和力学性质模块的计算得到了聚多联苯2,6-二甲酰对苯二胺的一些力学参数.模拟结果表明,聚多联苯2,6-二甲酰对苯二胺类型芳酰胺聚合物通过自组装可以呈现类倒插蜂窝结构排列,除聚二联苯2,6-二甲酰对苯二胺和聚三联苯2,6-二甲酰对苯二胺以外,该系列聚合物在xy平面内均具有负泊松比.  相似文献   
5.
星型负泊松比多孔材料力学性能及应用研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
论文推导了星型负泊松比多孔材料的泊松比$弹性模量及相对密度的解析表达式"并通过有限元分 析验证了解析表达式的准确性:星型负泊松比多孔材料具有优异的吸能与隔振性能"论文设计了一种船用星型多 孔材料隔振基座:建立了不同层数$壁厚$泊松比的星型多孔材料隔振基座对应的数值有限元模型"探究了星型多 孔材料薄壁结构泊松比$层数以及壁厚对多孔材料隔振基座强度与减振性能的影响:研究表明"减少多孔材料薄壁 结构的层数和壁厚"选用胞元泊松比?%:$的星型多孔材料"可以获得低频隔振效果好$强度高的多孔材料隔振 基。  相似文献   
6.
Recently, ferroelectric materials have attracted considerable research attention. In particular, two dimensional (2D) ferroelectric materials have been considered as most crucial for next-generation circuit designs because of their application as novel electric memory devices. However, a 2D ferroelectric material is very rare. The ferroelectric materials with the form ABP2X6 (A = Ag, Cu; B = Bi, In; X = S, Se) are of interest because of their ferroelectric property maintained in their ultrathin structures. Within the ABP2X6 monolayer, the P―P bonds form the pillars that hold the top and bottom X planes, while the off-center A―B atoms between the X layers induce a spontaneous ferroelectric polarization. If the two off-center A―B sites are equally aligned, this would lead to the appearance of the paraelectric state. Such intriguing structures must impart novel mechanical properties to the materials. Until now, there has been no report on the mechanical properties of monolayer ABP2X6. Based on first-principles calculations, we studied the structural, electronic, mechanical as well as the electromechanical coupling properties of monolayer ABP2X6 (A = Ag, Cu; B = Bi, In; X = S, Se). We found that they are all semiconductors with wide bandgaps of 2.73, 2.17, 3.00, and 2.31 eV for CuInP2Se6, CuBiP2Se6, AgBiP2S6, and AgBiP2Se6, respectively, which are calculated based on the Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) exchange correlation functional model. The conduction band minimum is mainly from p orbitals of X and B atoms, whereas the valence band maximum is due to the hybridization of the p orbital of X atoms and the d orbital of A atoms. Moreover, there are three short and three long A/B―X bonds due to the A―B off-center displacement. Together with the d-p orbital hybridization, the main reason for the distorted ferroelectric structure in ABP2X6 monolayers is the Jahn-Teller effect. ABP2X6 monolayers are predicted to be a new class of auxetic materials with an out-of-plane negative Poisson's ratio, i.e., the values of the negative Poisson's ratio are in the order AgBiP2S6 (−0.805) < AgBiP2Se6 (−0.778) < CuBiP2Se6 (−0.670) < CuInP2S6 (−0.060). This is mainly due to the tensile strain applied in the x/y direction enlarging the angle between P―P bonds and top layer X atoms, thereby enhancing the bucking height of monolayer ABP2X6. Moreover, external strain has a significant impact on the A―B off-center displacement, rendering an out-of-plane piezoelectric polarization. The values of e13 for CuInP2S6, CuBiP2Se6, AgBiP2S6, AgBiP2Se6 monolayers are calculated to be −3.95 × 10−12, −5.68 × 10−12, −3.94 × 10−12, −2.71 × 10−12 C∙m−1, respectively, which are comparable to the only experimentally confirmed 2D out-of-plane piezoelectric Janus system (piezoelectric coefficient = −3.8 × 10−12 C∙m−1). This unusual auxetic behavior, ferroelectric polarization, and the electromechanical coupling in monolayer ABP2X6 could potentially lead to enormous technologically important applications in nanoelectronics, nanomechanics, and piezoelectrics.  相似文献   
7.
针对传统正方形蜂窝,通过用更小的双向内凹结构胞元替代原蜂窝材料的结构节点,得到了一种具有负泊松比特性的节点层级蜂窝材料模型。利用显式动力有限元方法,研究了冲击荷载作用下该负泊松比蜂窝结构的动力学响应及能量吸收特性。研究结果表明,除了冲击速度和相对密度,负泊松比蜂窝材料的动力学性能亦取决于胞元微结构。与正方形蜂窝相比,该负泊松比层级蜂窝材料的动态承载能力和能量吸收能力明显增强。在中低速冲击下,试件表现为拉胀材料明显的"颈缩"现象,并展示出负泊松比材料独特的平台应力增强效应。基于能量吸收效率方法和一维冲击波理论,给出了负泊松比蜂窝材料的密实应变和动态平台应力的经验公式,以预测该蜂窝材料的动态承载能力。本文的研究将为负泊松比多胞材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供新的设计思路。  相似文献   
8.
分析比较了ISO 527:2012和ASTM D638-10中关于塑料泊松比试验方法的异同,重点讨论了两个标准在测试技术上的不同要求,探讨了试验机性能对试验结果的影响,并提出了对试验机测控系统设计的技术要求。  相似文献   
9.
泊松比材料(也称拉胀材料)是一种具有特殊力学性能的新型功能材料,有着良好的应用前景.对于该类材料的变形机理研究,基于旋转刚性单元模型,提出一类新型多尺寸刚性矩形单元组合模型.该模型中不同尺寸的刚性矩形单元通过旋转铰链方式连接,在材料受单向外力作用下展现出宏观的负泊松比效应.在模型中通过对周期循环胞体的分析,得到了材料的泊松比随刚体单元之间夹角θ变化的解析表达式.结果表明,该模型的泊松比在夹角θ趋近90°时取极值,通过调整刚性单元的几何尺寸可以改变模型的泊松比的大小.这些结果对二维多胞拉胀材料的微结构设计具有参考价值.  相似文献   
10.
近年来,在纳米尺度的研究中应用到很多表面的技术和概念.然而,以往针对表面的研究中对象为单晶块体样品,这些研究结果将不再适用纳米材料.为了研究表面对纳米体系弹性响应的影响,选取较为简单的铜纳米薄片为研究对象,构建了铜(111)面和(001)面的薄片模型,使用第一性原理方法计算了铜纳米薄片的双轴泊松比,分析了纳米薄片与体材料的差异,研究不同厚度纳米薄片中表面对内层原子的影响.计算结果显示,表面原子层的双轴泊松比大于内部原子层,并且其收敛速度和数值大小均和薄片取向有关.根据双轴泊松比随厚度的变化特性,可以得到不同取向的纳米薄片中表面对弹性响应的临界厚度.  相似文献   
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