蜂窝夹芯剪切等效模量研究

蜂窝夹层轻型结构以其比强度、比刚度高,而在航空航天工程中被广泛采用．由于蜂窝形状、尺寸多样,使夹层结构设计、优化分析变得复杂,特别是蜂窝夹芯的剪切模量难以准确的等效计算．以薄板理论为基础采用有限元方法对单蜂窝分析的方法,获得蜂窝夹芯的剪切等效模量,与其它方法相比较,精度较高,与试验结果吻合较好．     

有弹性结点约束时梁元单刚的求解

本文提出一个任意弹性结点约束下梁元单刚求解的统一公式,无论弹性约束是转角方向还是线位移方向,均能简便地导出,特别适于用计算机求有弹性结点约束的梁元单刚.     

复合材料弹性常数的超声波测定法

介绍了测定复合材料弹性常数的超声波技术;阐述了基本原理及若干测试实例．     

确定碾压混凝土坝弹性常数的解析法

考虑层面影响,将碾压混凝土坝作为复合材料建立了片状模型的应变模式,利用能量变分法导出了弹性常数公式,提高了计算精度,使弹性常数的确定更加合理和方便.     

蜂窝芯层的等效弹性参数

反映蜂窝材料等效弹性参数的Gibson公式结果简单，便于应用然而由于对应于蜂窝壁板伸缩变形的刚度被忽略，导致蜂窝夹层结构数值分析时，芯层材料的弹性矩阵表现出不确定性本文重新考虑了蜂窝壁板的伸缩变形对面内刚度的影响，对Gibson公式进行了修正本本文结果不但克服了Gibson公式的缺陷，同时提出了考虑蜂窝芯层面内刚度的一种简化方案,该方案可以方便地应用于蜂窝夹层结构的计算。     

新型类蜂窝夹芯面外等效力学性能

作为多孔材料的典型代表,蜂窝夹层结构被广泛应用于航空航天、汽车船舶等重要领域,因此对其力学性能进行研究具有十分重要的工程意义。利用应变能等效原理对一种新型类蜂窝夹芯的面外等效弹性模量和等效剪切模量进行了推导,并利用有限元数值模拟对此理论模型进行了验证。经对比发现,数值模拟结果和理论计算误差控制在10%以内,验证了此新型类蜂窝夹芯面外力学等效模型的可靠性。本文所阐述的内容完善了该新型类蜂窝夹芯在力学性能方面的研究,也为此新型类蜂窝夹层结构在工程实际中的推广和应用提供了理论依据和基础。     

关于蜂窝芯体面外等效剪切模量的讨论

对于六边形蜂窝芯体,其面内等效参数具有确定的解析式,便于应用;相比之下,对于面外等效剪切模量,现有工作只能给出其上下限,由于没有确定的取值,给工程计算带来了困扰。为克服这一矛盾,本文通过Y型蜂窝胞元,针对薄面板的情况,重新分析了芯材的面外等效剪切模量。针对直壁板与斜壁板厚度为1:1和2:1的情况,给出了近似的弹性力学解答,并由此确定出面外等效剪切模量的上限。本方法所确定的剪切模量的上限与文献给出的剪切模量的下限是相同的,从而使该模量也具有确定的解析表达式,方便了数值计算和分析。试验数据和有限元数值分析均验证了本文结论的正确性。     

三角形夹芯板夹心层的等效弹性常数

推导了三角形夹芯板夹心层的等效弹性常数,为验证所推导的弹性常数的合理性,用NASTRAN有限元计算程序对两种模型进行了静力计算比较,一种是用所推导的弹性常数将夹心等效后,以层合板的形式进行计算的模型,另一种是对整个结构直接采用板单元进行计算的模型.计算结果表明:两种模型结果吻合良好.     

蜂窝夹芯结构冲击损伤后的压缩行为研究

通过试验结合有限元方法,针对蜂窝夹芯结构的无损件和三种冲击损伤件开展了单轴压缩载荷下的失效模式研究,同时考虑了胶层性能与损伤尺寸的影响。研究结果表明：试验和有限元方法得到的损伤模式及起始损伤位置相同;不同冲击损伤位置可导致结构的整体承载能力不同,下降的范围为10%~20%。其中：损伤位于顶面区时承载能力下降最为严重,损伤位于边缘区时承载能力下降最少;面芯界面胶层性能的不同会使结构材料破坏顺序改变,胶层断裂能较低时夹芯结构由蜂窝芯破坏向层间破坏转变;冲击能量不同引起结构损伤程度不同,随着损伤深度的增加,结构破坏的危险位置由中心转向边缘。     

关于蜂窝结构面内剪切模量的注记

本文指出Gibson等提出的等壁厚峰窝结构在面内剪力作用下的单元分析不满足平衡条件.本文建立了等壁厚与非等壁厚峰窝结构在面内剪力作用下的合理的单元分析,导出了蜂窝结构面内折合剪切模量G_(xy)的计算公式.本文结果与实验数据符合得很好.     

Effect of Compressive Straining on Nanoindentation Elastic Modulus of Trabecular Bone

Trabecular bone with its porous structure is an important compressive load bearing member. Different structural factors such as porosity, non-homogeneous deformation, varying trabeculae thickness, connectivity, and nanoscale (10 nm to 1 μm) to macroscale (~0.1 mm to 10 mm) composition hierarchy determine the failure properties of trabecular bone. While the above factors have important bearing on bone properties, an understanding of how the local nanoscale properties change at different macroscale compressive strain levels can be important to develop an understanding of how bone fails. In the present work, such analyses are performed on bovine femoral trabecular bone samples derived from a single animal. Analyses focus on measuring nanoindentation elastic moduli at three distinct levels of compressive strains in the bone samples: (1) when the samples are not loaded; (2) after the samples have been loaded to a strain level just before apparent yielding and the macroscale compression test is stopped; and (3) after the samples have been compressed to a strain level after apparent yielding and the macroscale compression test is stopped. Nanoindentation elastic modulus values are two orders of magnitude higher than the macroscale compressive elastic modulus values of all samples. A high variability in macroscale compressive elastic modulus values is observed because of porous architecture and small sample size. Nanoindentation elastic modulus values show a progressive reduction with increase in the extent of macroscale compressive deformation. Apparent yielding has a significant effect on this trend. The decrease in nanoindentation modulus value for all samples accelerates from approximately 20% before yielding to approximately 60% after yielding in comparison to the nanoindentation modulus values at 0% strain level. The level of variation in the predicted nanoindentation modulus values is the lowest for uncompressed samples (~16–18%). However, with increase in the extent of compression, the level of variation increases. It varied between 50% and 90% for the samples tested after yielding showing a widespread heterogeneity in local nanoscale structural order after apparent yielding. Scanning electron microscope (SEM) observations suggest that apparent yielding significantly destroys local nanoscale structural order. However, quantitative results suggest that a significant residual nanoscale stiffness varying from 5 GPa to 8 GPa among different samples still remains for possible repair facilitation.     

含有序孔洞的多孔氧化铝薄膜的弹性模量测量

高纯铝箔在特定的溶液下经过电化学阳极氧化腐蚀，可在其表面生成一层多孔的非晶氧化铝层，孔大致呈六方密排，孔径分布均匀。此类薄膜具有规则的纳米级孔径，大的比表面积，可用在微纳滤方面和纳米材料组装方面。然而，对于此类薄膜力学性能的研究较少，在一定程度上限制其功能的开发和应用。为了获得此类多孔膜的弹性常数，本文用鼓膜法结合散斑干涉实验方法、单轴拉伸结合双光束干涉法和多普勒测振仪三种方法测量氧化铝多孔膜的弹性模量，得到的宏观弹性模量基本相同，并对三种方法的优缺点进行了比较，分析了多孔氧化铝膜与块状氧化铝材料或致密氧化铝膜力学性能的差并。     

Model for Elastic Modulus of Multi-Constituent Particulate Composites

In this paper, a methodology has been developed to accurately predict the elastic properties of multi-constituent particulate composites by accounting for irreversible effects, such as energy loss that arises due to internal friction. The complex dependence on loading density and particle properties (i.e., size, shape, morphology, etc.) is investigated in terms of their effects on the effective elastic modulus of the composite. Confirmed by experimental data from the compression loading of individual Ni and Al particles dispersed in an epoxy matrix, it is believed that this approach captures the effects of internal friction, consequently providing a more accurate and comprehensive representation for predicting and understanding the material behavior of multi-constituent particulate reinforced composites. The present methodology provides a model to directly compare the elastic modulus from an uncomplicated test, such as dual-cantilever beam loading in dynamic mechanical analysis (DMA), to the modulus obtained by other more complex experimental methods such as quasi-static compression. The model illustrates an efficient method to incorporate input data from DMA to represent realistic elastic moduli, hence promising for the characterization and design of particulate composites.     

平头压痕试验确定热障涂层弹性模量的方法研究

本文模拟了典型热障涂层(TBC)结构在平头压痕作用下的力学响应,重点研究利用平头压痕法确定TBC涂层弹性模量的方法。研究发现k(单位压入应力下压头的压入位移)不仅与材料的性质有关,还与压头的半径有关。本文提出:通过两个不同尺寸的平压头可以同时确定陶瓷层和粘结层的弹性模量。     

金属蜂窝夹芯板等效弹性模量的实验测试

总结了以往所用的金属蜂窝夹芯板的等效弹性模量的计算方法。在此基础上提出了金属蜂窝夹芯板的等效弹性模量的实验测试方案。通过三点弯曲线载荷两端简支板的挠度测试，得到金属蜂窝夹芯板的等效弹性模量，并与非金属复合材料如玻璃钢材料的等效弹性模量方法进行比较，说明金属蜂窝板的等效弹性模量计算与非金属蜂窝板之间存在较大的差异。证明金属蜂窝夹芯板的等效弹性模量实验测试方案是有效可行的。     

鼓膜法测定纳米多孔氧化铝薄膜的弹性模量

本文的多孔氧化铝薄膜含有直径均一、互相平行且与表面垂直的有序纳米孔阵列。它有广阔的应用前景。多孔氧化铝膜与氧化铝陶瓷材料的宏观力学性能有很大的区别。本文用鼓膜法结合实时电子散斑干涉(ESPI)技术，测量薄膜压力与离面位移的关系，再用周边固支平板小挠度模型计算出多孔氧化铝薄膜的宏观弹性模量。本实验中厚76微米的多孔氧化铝薄膜的宏观弹性模量为32.5GPa，比热压氧化铝陶瓷的弹性模量几乎小一个数量级，主要是由于晶相和细观结构不同造成的。这种方法较适合测量此类结构薄膜的力学性能。     

橡胶材料弹性模量数字图像相关测定法

利用数字图像相关方法测量了小应变下柔性橡胶的弹性模量.用CCD相机记录单轴压缩实验中圆柱体橡胶试样表面人工散斑图像,作为数字图像相关测量技术中的变形信息载体.分析了镜头畸变对位移测量的影响,运用数字图像相关法得出小应变范围内像胶的应力应变曲线,计算出橡胶的弹性模量.并与采用千分表所得到的结果进行了比较,两者符合较好.实...     

基于三维模型的蜂窝材料有效弹性性能研究

采用三维模型预测了传统六角形蜂窝材料和带圆环结点六角形蜂窝材料的有效弹性性能.利用有限元法并结合周期边界条件计算了材料代表性体积单元的平均应力,进而由平均场理论获得了两种蜂窝材料全部的有效弹性常数.将传统蜂窝材料的计算结果与已有梁模型的计算结果和试验数据进行了对比,结果表明三维模型比梁模型具有更高的精度,分析了梁模型误...     

基于有限元法-正则化的弹性模量反求算法研究

生物组织的病变往往导致其物理特性的变化,研究生物组织的物理特性变化对诊断生物组织病变与否能够提供参考.本文提出了根据已知生物组织部分边界位移信息、外部载荷、边界条件和有限元模型,利用正则化方法反求弹性模量的方法.首先将求解弹性模量问题描述成一个力学反问题,建立逆系统辨识的数学模型,并应用正则化原理建立生物组织弹性模量反求算法.最后利用仿真算例验证了算法的有效性,并结合图像识别技术试验获取对象部分边界位移信息,反求其弹性模量,证明了本文反求方法的可行性.