Kelvin结构开孔泡沫材料的弹性性能研究

采用一修正的十四面体结构模型(Kelvin结构模型)对开孔泡沫金属的弹性性能进行研究,对低密度开孔泡沫材料表现出不可压的特性进行了分析。该模型考虑作用在泡沫筋条上的弯矩、剪力和轴向力,以及轴向力的平衡。修正模型的数值计算结果与实验结果及其他模型的结果进行了对比,结果表明修正模型计算的杨氏模量比原有模型的略有提高,筋条截面为星形的修正模型计算的结果与实验比较符合。在密度等同的条件下,筋条截面惯性矩越大的开孔泡沫材料,其弹性模量也越大,而泊松比则越小。Kelvin结构的开孔泡沫材料的泊松比随相对密度的减小而趋于0.5。     

各向异性平板开孔动应力集中问题的研究

采用各向异性平板弯曲波动理论及摄动方法，对正交各向异性平板开孔弯曲波的散射及动应力集中问题进行了分析研究，得到了此种平板稳态弯曲波动问题的渐近形式的分析解。同时采用保角映射技术，为求解正交各向异性平板开孔弹性波的散射及动应力集中问题提供了一种统一规范的方法。     

正交各向异性平板开孔弹性波的衍射与动应力集中

采用各向异性平板弯曲波动方程及摄动方法，对正交各向异性无限平板开孔弹性波的衍射及动应力集中的问题进行了分析研究，得到了在稳态波作用下此种忆边界条件波动问题的渐近形式分析解。同时采用复变函数方法及保角映射技术，为求解正交各向异性无限平板开孔弹性波的衍射及动力集中问题提供了一种统一规范的分析方法。     

开孔纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性

针对双层侧壁开孔的纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性，通过试验分析无孔和开孔纸蜂窝芯层在面外压缩量为85%时的压缩变形过程，研究相对湿度和圆孔直径对其强度性能的影响。基于蜂窝结构的对称性，利用两种基本单元模型，将面外受载的蜂窝胞壁视为无孔和开孔简支弹性薄板，推导出弹性屈曲临界应力和塑性屈曲平台应力的预测公式，结果表明理论计算与试验结果具有良好的一致性。结合纸基材的正交各向异性和纸蜂窝芯层的面外压缩特性，建立无孔、开孔纸蜂窝的有限元模型，仿真模拟蜂窝胞壁在弹性和塑性屈曲阶段的弯折变形演化过程，与静态压缩试验中所观察到的变形过程是一致的。     

圆柱壳开孔的应力分析

本文研究圆柱壳开孔附近的应力分析问题。由于开孔问题的边界形状较为复杂,使用圆柱壳的 Morley 方程进行求解较为困难。本文在进行误差分析的基础上提出修正 Mo-rley 方程,并给出适合于开孔问题边界的一般解。以圆柱壳受轴向拉伸和内压为例分析了开孔附近的应力分布。给出了开孔率为 1/2以下的开孔解,并对 Donnell 方程解的适用范围给予了新的评价。     

开孔复合材料层合板强度不确定性分析

以拉伸载荷作用下AS4/3501-6开孔复合材料层合板为研究对象,采用考虑复合材料层合板就地强度效应的有限断裂力学模型和基于方差的敏感性测度分析模型相结合的方法,研究单层板宏观力学性能不确定性对具有不同孔径和铺层顺序的开孔复合材料层合板破坏强度的影响．研究结果表明：单层板力学性能对开孔板强度影响程度的大小与孔径相关,但敏感性排序与孔径无关．同时,单层板力学性能敏感性测度与层合板铺层顺序有关,层合板各向异性比越大,开孔板拉伸破坏受单层板纤维方向拉伸强度的影响越大,而且开孔板拉伸强度与单层板纤维方向拉伸强度呈正相关,与横向弹性模量呈负相关,与面内剪切模量和纵向弹性模量不具有单调关系．     

卵形弹体侵彻预开孔靶理论分析

以破爆型串联战斗部后级随进弹对预开孔靶侵彻过程为研究对象,基于锥形预开孔和库仑摩擦模型,发展完善了包括扩孔/开坑和稳定侵彻的卵形弹体侵彻预开孔靶理论模型。分别对该模型在侵彻脆性和弹塑性靶体的有效性进行了实验验证。利用该模型分析了弹头曲径比、预开孔直径、预开孔形状等对侵彻结果的影响。研究结果表明:发展完善的模型计算结果与实验数据吻合较好。柱形开孔情况下,侵彻速度、弹头曲径比及相对孔径同侵彻深度呈正比;在侵彻容积相同的条件下,弹体侵彻预开锥孔的侵深结果与锥角及相对入孔孔径变化关系较大。     

通孔金属泡沫渗透率解析模型

针对通孔金属泡沫中的渗透率预测及现有理论模型的局限性,发展了一种新的全解析渗透率模型. 该模型以立方体结构作为代表单元,采用基于追踪流体微团轨迹的分支算法解析求解代表单元内的流动迂曲度. 渗透率的表达形式简单且不含任何拟合或经验参数,仅是孔隙率与平均孔径的函数. 采用实验测量和文献数据对模型预测进行了验证. 结果表明:提出的模型能够在较为宽广的孔隙率(0.55~0.98) 和孔密度(5~100 PPI) 范围内预测孔通孔金属泡沫的渗透率;采用分支算法得到的流动迂曲度能够较好地描述流体在通孔金属泡沫中的流动特征;采用开孔率修正的解析模型亦能对半开孔泡沫材料的渗透率提供良好预测.      

加肋开孔柱壳混合有限条——有限元屈曲分析

本文提出了一种分析环加肋开孔柱壳屈曲问题的混合有限条──有限元法。环加肋柱壳作为一个构造上的正交各向异性壳处理，柱壳非开孔区采用有限条元离散，开孔区采用有限单元离散。在有限条元与有限单元交界面上，根据位移协调条件建立条元和单元的耦合关系，并据此构造一种特殊的过渡单元、联接条元和单元，进行整体分析。算例表明，这一方法对开孔柱壳屈曲问题的分折十分有效。     

A SIMPLISTIC ANALYTICAL MODEL OF PERMEABILITY FOR OPEN-CELL METALLIC FOAMS

针对通孔金属泡沫中的渗透率预测及现有理论模型的局限性,发展了一种新的全解析渗透率模型. 该模型以立方体结构作为代表单元,采用基于追踪流体微团轨迹的分支算法解析求解代表单元内的流动迂曲度. 渗透率的表达形式简单且不含任何拟合或经验参数,仅是孔隙率与平均孔径的函数. 采用实验测量和文献数据对模型预测进行了验证. 结果表明:提出的模型能够在较为宽广的孔隙率(0.55~0.98) 和孔密度(5~100 PPI) 范围内预测孔通孔金属泡沫的渗透率;采用分支算法得到的流动迂曲度能够较好地描述流体在通孔金属泡沫中的流动特征;采用开孔率修正的解析模型亦能对半开孔泡沫材料的渗透率提供良好预测.     

聚氨酯泡沫塑料的强度与断裂韧性

针对3种密度的聚氨酯泡沫塑料进行了拉伸实验。通过无缺口试件确定了3种密度泡沫塑料的拉伸断裂强度,而利用有缺口试件确定了这些材料的拉伸断裂韧性。为了研究高密度泡沫塑料的拉伸断裂机制,还对破坏后试件进行了扫描电镜分析。此外,还简要讨论了泡沫塑料拉伸断裂力学性能的理论预测问题。     

Modelling open cell-foams based on the Weaire–Phelan unit cell with a minimal surface energy approach

The complex architecture of open cell foams has most often been described by Kelvin cell models. It has been shown that the accuracy to predict the elastic properties of open cell foams increases with an increasing level of detail and resemblance to real foam microstructures. However, the Kelvin cell does not possess pentagonal faces which are the most abundant within real open cell foams. Therefore this study focuses on the use of the Weaire–Phelan unit cell to model the elastic properties of an open cell polyurethane foam. Optical and scanning electron microscopy were used to characterise the architecture of the open cell foam. Surface Evolver software was used to minimize the surface energy and introduce the typical architectural characteristics of the open cell foam to the FE-model. The E-modulus and Poisson coefficient of the Kelvin and Weaire–Phelan cell show a similar behaviour as a function of density. The Weaire–Phelan cell predicts however a higher dependency of the shear modulus on the density. When the influence of the elongation of the cells in the rise direction of the foam and the uncertainty of the solid material properties of the polyurethane is taken into account, a good accuracy of the Kelvin cell and Weaire–Phelan structure based FE-models versus experimental compression tests is found.     

胞体椭球比对泡沫塑料力学性能的影响

本文通过数值法研究了胞体椭球比对材料模量及泊松比的影响；在单向受力情况下，研究了变形对材料孔隙度、椭球比、杨氏模量和泊松比等材料参数的影响。     

复合泡沫塑料力学行为的研究综述

复合泡沫塑料是一种重要的防护材料,它在国防工业和民用工业各部门均有许多重要的应用,对这类材料的力学行为进行研究具有重要的学术价值和应用前景.本文对复合泡沫塑料力学行为的研究文献进行了综述.首先,对复合泡沫塑料力学行为研究的早期工作进行了简介.然后,重点介绍了复合泡沫塑料力学行为研究的最新进展,其中也包括作者近期在该领域开展的一些工作;对复合泡沫塑料进行了静、动态压缩实验和细观加载实验,研究了材料的宏观变形规律和细观失效机制;在理论研究方面,探讨了复合泡沫塑料的能量吸收和缓冲特性,从宏、细观力学分析出发研究了复合泡沫塑料有关力学性能的理论预测问题;还利用计算机和通用软件对高密度复合泡沫塑料进行了有限元分析,研究了高密度复合泡沫塑料的失效行为.最后,给出对该领域研究工作的一些展望.      

DETERMINATION OF EFFECTIVE MODULI FOR FOAM PLASTICS BASED ON THREE PHASE SPHEROIDAL MODEL

The relations of bulk modulus,shear modulus,Young's modulus and the Poisson's ra-tio with porosity of foam plastics are determined by a three phase spheroidal model commonly used inComposite Mechanics.The results are compared with those using differential scheme.It is shownthat the material properties derived from the present model normally are larger than those obtained bydifferential scheme for foam plastics with identical porosity.The differences in shear moduli andYoung's moduli obtained by the two methods are small,but they are larger for bulk moduli of incom-pressible matrix and Poisson's ratios.The Young's moduli of high density foam plastics derived by thepresent model agree better with experimental ones.     

基于三相球模型确定泡沫塑料有效模量

通过复合材料三相球模型确定泡沫塑料的体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等材料等参数与材料孔隙比的关系，并将该文结果同微分法得到的结果进行了对比；结果表明：三相球模型确定的材料参数在相同孔隙比情况下，一般都高于微分法确定的结果，两种方法得到的有效剪切模量和杨氏模量差异较小，而体积模量和泊松比则差异较大，然而，由三相球模型确定的泡沫塑料杨氏模量仍可与实验较好地符合。此外，该文结果也同现有的理论及实验     

玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料的压缩力学性能研究

本文研究了两种不同密度的玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料在准静态压缩下的力学性能。给出了与相应密度的普通泡沫塑料力学性能的比较，实验结果表明：两种增强泡沫塑料在压缩载荷作用下，具有不同于普通泡沫塑料的应力－应变特性，压缩模量和强度一般均有不同程度的提高，而且对相同纤维含量的增强泡沫塑料来说，密度较高的材料增强效果较好。     

聚氨酯泡沫塑料压缩杨氏模量的理论预测

通过微分法导出了泡沫塑料剪切模量和体积模量所满足的微分方程组，再利用联系泡沫塑料泊松比和孔隙比的Ｋｅｒｎｅｒ－Ｒｕｓｃｈ经验关系及泡沫塑料弹性常数间满足足的关系，在基体材料不可压缩的假设下，确定了泡沫塑料的杨氏模量。本文针对几种密度的泡沫塑料，分别对它们的杨氏模量进行了理论预测和实验测定，结果表明：理论预测的模量在较高密度下与实验符合的很好，在低密度下也给出相当好的近似值。此外，本文的结果同其他理     

Micromorphic continuum modelling of the deformation and fracture behaviour of nickel foams

An anisotropic compressible plasticity model is incorporated into the framework of the micromorphic continuum theory in order to describe some size effects observed in ductile nickel foams. This continuum model reproduces the fact that the presence of a machined hole in a foam plate does not affect its mechanical response when the hole size becomes comparable to the cell size of the material. Finite element simulations are compared to strain field measurements in nickel foam plates with a machined hole for different hole sizes, in order to identify the characteristic length of the model. Based on a simple ductile damage law, the model is then shown to be able to account for the strong anisotropy of the initiation of crack propagation in central crack panels made of nickel foams under mode I loading conditions.     

聚氨酯泡沫塑料在应力波加载下的压缩力学性能研究

通过ＳＨＰＢ冲击实验装置研究了硬质聚氨酯泡沫塑料在应力波加载下的动态力学性能，得到了泡沫塑料在较高应变率下的应力－应变曲线；确定了泡沫塑料的动态屈服强度和动态弹性模量等力学参数，并同落锤冲击实验及准静态压缩实验的结果进行了比较。