基于Lagrangian分析法的梯度泡沫金属动态力学行为研究

采用Lagrangian分析法,对梯度泡沫金属在高速冲击下的变形机理和应力响应进行研究。基于3D-Voronoi技术,构建了5种不同密度梯度的泡沫金属细观有限元模型,并进行了高速冲击下的Taylor数值实验,得到不同密度梯度泡沫金属的质点速度分布规律。采用Lagrangian分析法并结合数值实验结果,研究了高速冲击下密度梯度参数对泡沫金属的局部应变分布、应力分布以及冲击波传播与衰减规律的影响。结果表明:负密度梯度泡沫金属比正密度梯度泡沫金属具有更强的抵抗变形能力,且密度梯度参数越小,变形程度越小;负密度梯度泡沫金属的局部压实应力呈线性减小,最大局部压实应力随着密度梯度参数的减小而增大,在冲击端附近可以承受更大的载荷;正密度梯度泡沫金属的局部压实应力分布呈平台状,其最大局部压实应力小于负密度梯度泡沫金属。     

球形孔开孔泡沫铝的力学特性及准静态压缩变形机制

对胞孔形态和尺寸较为一致的球形孔泡沫铝开展静-动态压缩实验,利用数字图像相关法研究了泡沫铝在准静态压缩过程中的宏观和介观变形机理。结果表明:球形孔泡沫具有明显的应变率效应,随着应变率的增加,平台应力及屈服强度增加,吸能效率也有所提高。由于胞元壁厚不均匀和孔壁缺陷的随机分布,泡沫铝在压缩过程中会出现多条局部变形带,单个胞孔表面在孔壁缺陷处也会出现应变集中带。胞元孔的变形模式主要有3种,轴向压缩、剪切、扭转加剪切复合变形,且整体变形带处的孔壁破坏模式以剪切变形为主,孔壁的变形模式又与孔壁自身厚度以及加载方向有关。     

泡沫铝的低频内耗特征研究

采用粉末冶金发泡法制备的泡沫铝试样，研究了室温下低频范围（0.04—4Hz）泡沫铝的内耗与孔结构（孔隙率和孔径）、频率、振幅之间的关系．结果表明泡沫铝的内耗具有以下特征：孔径一定时，内耗随孔隙率的增加而增大；孔隙率一定时，内耗随孔径的减小而增大；在测量频率范围内，内耗与频率近似无关；小应变振幅时内耗随振幅的增大而增大，具有正常振幅效应．提出了泡沫铝的内耗产生机制，根据等效夹杂方法和钉扎位错内耗特点进行了理论分析，较理想地解释了实验结果 关键词：     

复合应力下泡沫铝屈服行为实验研究

 采用ARCAN双轴加载装置和材料实验机（INSTRON 5544）,对相对密度为8.5%的闭孔泡沫铝（Alporas）进行了不同应变率下的双轴加载实验。在宏观等效应变率为7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内测得实验屈服面,并与泡沫金属的3种屈服准则进行了比较。比较结果表明：在主应力空间下,实验屈服面与Miller和Deshpande-Fleck屈服准则吻合较好,Gibson屈服准则过小估计了测试泡沫铝的实验屈服面;被测泡沫铝的实验屈服面在宏观等效应变率7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内对应变率不敏感。     

具有各向异性的梯度颗粒复合材料的有效介电响应

本文研究了具有梯度壳层椭球颗粒复合体系的有效介电响应，在稀释条件下用准静态近似方法, 推导了颗粒壳层具有任意介电梯度形式的椭球颗粒复合体系的有效介电常数和部分共振条件的一般表达式。并以壳层的介电常数为主轴的幂函数形式为例，得出了通过调节壳层的介电梯度形式、颗粒的结构和形状,可以提高该体系的有效介电常数和实现部分共振的结论。     

泡沫铝翅片传热和流动特性的实验研究

对泡沫铝翅片传热和流动特性进行了实验研究,泡沫铝的空隙率为0.90,孔密度(PPI)分别为10,20,40。实验结果表明,孔密度较大时,传热系数也较大,但流动阻力系数也明显升高。通过引入无因次变量Dα,得到了泡沫铝翅片的流动阻力系数和传热的初步准则关联式。     

爆炸载荷下舱内泡沫铝夹芯结构的动响应特性

为探索爆炸载荷下舱内夹芯复合结构的动态响应特性与防护效能,采用小尺度舱室结构模型实验,结合有限元数值分析,开展了不同爆炸距离下舱内双层泡沫铝夹芯结构的动响应特性和变形模式研究。分析了不同爆距下舱内爆炸载荷的作用过程和时空分布特性,讨论了在初始冲击波、初始冲击波叠加各壁面二次反射波和舱内爆炸准静态压力3种载荷下泡沫铝夹芯结构的变形模式。爆炸载荷下舱室壁板承受的载荷依次为初始冲击波、各壁面二次反射波和准静态气压。炸药在靠近舱室一端处起爆时,初始冲击波在近端壁的局部效应明显,在远端壁的作用范围更大,与舱室中心爆炸相比,其爆轰产物波动次数更少。泡沫铝夹芯结构的变形过程可分为泡沫芯层压缩、局部凸起变形和整体挠曲变形3个阶段,对应迎爆面板局部凸起叠加整体挠曲大变形、局部凸起叠加整体挠曲大变形和整体挠曲大变形3种变形模式。     

碳纤维-泡沫铝夹芯板低速冲击响应

为研究夹芯结构的低速冲击响应,以碳纤维(T700)/环氧树脂复合材料层合板为上下面板,以闭孔泡沫铝为芯层,模拟夹芯板落锤冲击时的损伤演化过程。复合材料层合板采用三维实体单元建模,基于有限元软件ABAQUS中的用户子程序VUMAT,引入三维Hashin失效准则模拟复合材料的损伤破坏;采用二次应力准则,Cohesive单元模拟黏结层的层间失效;闭孔泡沫铝芯层采用3D Voronoi细观模型建模。分析复合材料夹芯结构在落锤冲击下的损伤起始、损伤扩展和最终破坏模式,通过锤头的接触力、位移、夹芯板的内能、后面板的最大位移研究夹层结构的能量吸收情况及抗冲击特性,得出了在质量保持不变的情况下,5种芯层相对密度和厚度的耦合关系中的最优设计是芯层相对密度15.0%,厚度为10 mm,为满足实际工程中的需求提供了设计依据。     

含泡沫铝防护结构的超高速撞击数值模拟研究

 泡沫铝是一种新型航天器防护材料,拥有良好的抵御空间碎片超高速撞击的特性。模仿泡沫金属的生产原理,建立了泡沫金属微结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学程序进行了超高速撞击数值仿真,通过与实验结果的对比,验证了模型的有效性。提出了两种含泡沫铝的空间碎片防护结构,即填充泡沫铝结构和夹层泡沫铝结构。对这两种结构分别进行了仿真计算,获得了其撞击极限曲线。分析结果表明,在空间碎片防护领域涉及的大部分撞击速度区间内,填充泡沫铝结构的防护性能优于夹层泡沫铝结构。     

铝中氦原子行为的密度泛函研究

用密度泛函理论计算了大量He原子存在时He在金属铝中不同位置的能量,并在理论上预测了铝中的氦原子行为.结果表明,铝晶胞内He原子择优占位区是空位,而在整个晶体范围,最有利于容纳He原子的区域是晶界,其次是空位和位错.在fcc-铝的两种间隙位中,He原子优先充填四面体间隙位.间隙He原子的迁移能很小,易于通过迁移在晶内聚集,或被空位、晶界、位错等缺陷束缚.     

低密度聚氨酯泡沫压缩行为实验研究

 在室温下,对一种低密度硬质聚氨酯泡沫进行了准静态压缩及应变率在1×10³～5×10³ s^-1范围内的冲击压缩实验。结果表明,所测试的聚氨酯泡沫材料在准静态实验与动态实验之间存在明显的应变率效应,但在纯动态实验中应变率效应不明显。最后,给出了以屈服应力、密度、应变等为参量的动态压缩本构关系,且能较好地与材料的动态压缩曲线吻合。     

铝中氦原子行为的密度泛函研究

用密度泛函理论计算了大量He原子存在时He在金属铝中不同位置的能量,并在理论上预测了铝中的氦原子行为。结果表明,铝晶胞内He原子择优占位区是空位,而在整个晶体范围,最有利于容纳He原子的区域是晶界,其次是空位和位错。在fcc-铝的两种间隙位中,He原子优先充填四面体间隙位。间隙He原子的迁移能很小,易于通过迁移在晶内聚集,或被空位、晶界、位错等缺陷束缚。     

氧气在梯度磁场中流动及扩散行为研究

氧气是顺磁性气体,氮气是抗磁性气体,其在梯度磁场中具有不同的磁特性。氮气与氧气在受到梯度磁场影响时,其流动及扩散情况会呈现不同的行为特性。本文建立多通道层叠磁体阵列结构试验系统,并根据高纯氮气在多通道层叠磁体阵列结构气流通道中流动时气体中氧含量的变化,进行空气中氧气以及高纯氮气在具有梯度磁场作用时的流动及扩散情况的研究...     

泡沫红外消光影响因素的实验研究

通过红外光谱实验和红外热成像实验,研究了影响泡沫红外消光的因素,结果表明:泡沫溶液的红外光谱特征决定红外光谱吸收峰位,且溶质浓度越高,吸收越强;泡沫结构是造成光线强烈衰减的重要原因,透射光强随光线穿过泡沫液膜界面的次数成指数衰减,泡沫直径越小,达到相同遮蔽效果的泡沫溶液的用量就越少;当泡沫直径远大于入射光线波长时,透射比随光束大小变化不大;泡沫溶液升温可在一定程度上增强泡沫的红外吸收强度.各因素影响程度从大到小的次序为:泡沫结构,红外光谱特征,内充气体折射率,泡沫直径,温度.     

Improving the Morphological Parameters of Aluminum Foam for Maximum Sound Absorption Coefficient using Genetic Algorithm

Fabricating of metal foams with desired morphological parameters including pore size, porosity and pore opening is possible now using sintering technology. Thus, if it is possible to determine the morphology of metal foam to absorb sound at a given frequency, and then fabricate it through sintering, it is expected to have optimized metal foams for the best sound absorption. Theoretical sound absorption models such as Lu model describe the relationship between morphological parameters and the sound absorption coefficient. In this study, the Lu model was used to optimize the morphological parameters of Aluminum metal foam for the best sound absorption coefficient. For this purpose, the Lu model was numerically solved using written codes in MATLAB software. After validating the proposed codes with benchmark data, the genetic algorithm (GA) was applied to optimize the affecting morphological parameters on the sound absorption coefficient. The optimization was carried out for the thicknesses of 5 mm to 40 mm at the sound frequency range of 250 Hz–8000 Hz. The optimized parameters ranged from 50% to 95% for porosity, 0.1 mm to 4.5 mm for pore size, and 0.07 mm to 0.6 mm for pore opening size. The result of this study was applied to fabricate the desired Aluminum metal foams for the best sound absorption. The novel approach applied in this study, is expected to be successfully applied in for best sound absorption in desired frequencies.