负泊松比蜂窝材料抗爆炸特性及优化设计研究

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。     

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。     

非保守圆薄板的轴对称振动和稳定性

建立了受切向均布随从力作用的圆薄板在面内周边可移、不可移两种情况下的轴对称控制方程，用打靶法直接导出求解变系数常微分方程特征值问题数值解的计算式．通过数值计算，给出了周边可移、不可移的简支、固支圆板自振频率和临界载荷的特征曲线以及相应的临界发散载荷，并分析了泊松比对圆板自振频率和临界载荷的影响．     

钢丝帘线泊松比的实验研究

本文对钢丝帘线／橡胶复合材料中的钢丝帘线泊松比的定义提出了新的见解，建议用钢丝帘线横截面变化率代替其横向应变，并提出了利用扫描电子显微镜测定截面变化率的实验方法     

负泊松比蜂窝材料的动力学响应及能量吸收特性

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。     

增强六手臂缺失支柱手性拉胀超材料力学性能理论研究

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.      

EFFECT OF DAMAGE EVOLUTION ON POISSON’S RATIO OF CONCRETE UNDER SULFATE ATTACK

Experimental results about concrete under sulfate attack are summarized,which include the variation of mass density of samples and velocity of ultrasonic wave propagating in samples.The evolution damage is analyzed in terms of the experimental results,and close attention is paid to the effect of damage evolution on Poisson’s ratio.This study shows that Poisson’s ratio is significantly affected by the concentration of solution and water-cement ratio.Poisson’s ratio of concrete changes very little when the water-cement ratio is selected as 0.6 or 0.8,so that such change may be neglected.If water-cement is 0.4,however,the Poisson’s ratio of the sample significantly changes.When the concrete sample of 0.4 water-cement ratio is immersed in sodium sulfate solution of 8% concentration for 285 days,Poisson’s ratio increase 10.14% compared with its initial value.There exist a sensitive region and a non-sensitive region for the change rate of Poisson’s ratio with respect to corrosion time.The change rate of Poisson’s ratio monotonously decreases with corrosion time in the sensitive region;in the non-sensitive region,the change rate of Poisson’s ratio is almost equal to zero.     

基于二维不同尺寸旋转刚性单元的负泊松比研究

负泊松比材料(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.     

新型二维拉胀材料SiGeS的理论预测及其光电性质

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.