摘要：利用纤维水泥板、蜂窝铝板和铝合金板组合设计了一种新型的变电站装配式墙板结构,通过实验研究了该结构在爆炸载荷下的动力响应特性。考察了不同炸药量、不同装药距离时的超压载荷特征,分析了蜂窝孔径等参数对结构变形失效模式、背爆面挠度及应变、芯层压缩量、纤维水泥板裂纹分布的影响。结果表明:在有限空间内,爆炸超压的时间特征与在无限空间中类似,中心独立测量的超压峰值和正压持续时间分别为边缘直接测量的2.4~10.0倍和0.44~0.71倍;结构主要呈现前面板凹陷、后面板凸起的变形模式;迎爆面纤维水泥板水平裂纹多分布于长边边界处,背爆面裂纹多分布于中心和对角线附近;与较小孔径的蜂窝结构相比,具有较大孔径的蜂窝结构的背爆面残余挠度较大,纤维水泥板裂纹总长度较长。因此,小孔径蜂窝板具有较好的抗冲击性能。

摘要：利用ABAQUS有限元软件构建木贼属植物仿生薄壁结构(horsetail-bionic thin-walled structure,HBTS)在侧向冲击下的数值模型,分析了结构的壁厚、内径和肋骨数对其耐撞性能和变形模态的影响。结果表明:肋骨数和整体壁厚的增加会明显提高HBTS的比吸能和最大峰值载荷,HBTS不同部分的壁厚变化显著影响其变形模态和耐撞性能。为了综合考虑HBTS各部分的壁厚、肋骨数、内径5个参数对耐撞性能的影响,集成modeFRONTIER优化软件与ABAQUS软件,通过参数化建模在设计空间上构建有限元模型,建立比吸能和最大峰值载荷的Kriging代理模型。使用基于Kriging代理模型的多目标优化方法获取Pareto前沿,以同时实现比吸能最大化和峰值载荷最小化。最后分析了Pareto前沿面上各HBTS的设计参数分布情况,并验证了优化结果,该方法可为薄壁结构的优化设计提供新思路。

摘要：贝壳作为典型的抗冲击生物材料,具有轻质、高强、高韧等优异性能。通过构建仿贝壳砖泥结构有限元模型,并对其在落锤冲击载荷下的动态响应进行数值模拟,分析了堆叠层数、冲击速度及锤头类型对仿贝壳砖泥结构能量吸收性能的影响。结果表明:5类堆叠层数下的仿贝壳砖泥结构的比吸能呈先增加后减小的变化趋势,并且在所设计的5类堆叠层数结构中,3层仿贝壳砖泥结构具有最大的比吸能,其值较比吸能最小的单层结构提高了10.8%;随着冲击速度的提升,结构载荷峰值及能量吸收均略有增大;相同锤径下,圆柱形锤头较半球形锤头更易穿透模型。

摘要：基于贝壳多尺度、多层级的砖泥结构,构建仿贝壳Voronoi砖泥结构。通过将3D打印、爆炸实验和数值模拟相结合,探索仿贝壳Voronoi砖泥结构在爆炸载荷下的动力学响应,研究Voronoi单元尺寸和层内软材料厚度对结构变形破坏模式和能量吸收的影响。实验结果表明:在40 g球形乳化炸药作用下,仿贝壳Voronoi砖泥结构的前面板中心处出现了向四周蔓延的径向裂纹,后面板出现小块材料脱落。在此基础上,建立了有限元模型,并验证了其有效性。随着药量的增加,仿贝壳Voronoi砖泥结构主要分为塑性变形、前后面板裂纹、小块材料脱落、结构整体贯穿破坏伴随夹持端剪切破坏4种破坏模式。研究发现:仿贝壳Voronoi砖泥结构中硬材料的水平正应力远大于垂直正应力,层间软材料的剪应变大于层内软材料的剪应变。层间软材料的比吸能远大于硬材料的比吸能,约为硬材料的1.8~2.3倍;随着Voronoi单元尺寸的增大,层内软材料的比吸能增大了45.6%;随着层内软材料厚度增加,层内软材料的比吸能增大了31.1%,允许结构进一步的塑性变形。研究结果为仿生结构设计提供了一定的技术依据。

摘要：基于王莲仿生面内梯度芯层,通过引入面外梯度,设计了一种双向梯度仿生夹芯圆板。在此基础上,运用ABAQUS有限元软件,对不同排列方式的双向梯度夹芯圆板在不同爆炸载荷作用下的响应进行了数值仿真,着重分析了不同仿生夹芯圆板的前后面板挠度、芯层压缩量、变形模式和能量吸收等特性,得到了一种抗爆性能较好的芯层排列方式。结果表明:相较于单一的面外梯度夹芯圆板,合理设计的双向梯度仿生夹芯圆板可以有效降低后面板挠度,并提高芯层的能量吸收。

摘要：为实现多孔格栅类结构平台应力和能量吸收的可调控,提出了一种双应力平台星形结构的设计方法,设计并制备了3种双应力平台星形结构。采用实验、理论分析与数值模拟相结合的方法研究了结构在面内压缩载荷下的力学行为和能量吸收性能。结果表明,双应力平台星形结构的载荷-位移曲线呈现两个明显的平台阶段,结构的几何参数和肋板数对结构变形的稳定性以及平台应力的大小存在显著影响。平台应力的理论预测结果与实验、数值模拟结果吻合较好。通过调整相应的设计参数,能够有效地调控结构在压缩过程中的平台应力和能量吸收能力。为了进一步提高双应力平台星形结构的能量吸收性能,以结构的质量和比吸能为设计变量,进行了多目标优化。采用基于径向基耦合多项式函数代理模型和遗传算法(NSGA-Ⅱ),使结构比吸能最大化的同时质量最小化。与最初设计的结构相比,优化后结构的质量减小了6.0%,比吸能提高了21.5%。

摘要：采用有限元法研究不同修复方法修复后牙体及修复体应力分布,比较单冠与联合邻牙联冠修复平龈残根在不同载荷条件下的应力分布,为优化临床设计提供参考。建立包含4种单冠(S)和4种联冠(C)的有限元模型共8种,冠修复材料包括VITAMARK II(V)及Y-TZP(Y),桩材料包括玻璃纤维桩(F)和纯钛桩(T)。采用Abaqus有限元软件计算双侧对称加载100N和单侧加载200N时各部分的von Mises应力分布及峰值。双侧对称加载100N时,联冠修复与单冠修复对各部分应力分布的影响不明显;而在单侧加载200N条件下,联冠修复可改变冠内应力分布,降低桩内应力峰值,相对单冠修复能降低患侧牙本质应力,提高邻牙牙本质应力。平龈残根修复时,增加邻牙做联冠,可以有效改善应力分布,尤其是在不对称载荷条件下。

摘要：基于动力显式有限元法,研究了泡沫铝夹芯管在横向爆炸载荷下的动态响应,以芯层能量吸收及外管刚度为目标,对结构的抗爆性能进行了多目标优化设计。系统研究了泡沫铝夹芯管结构的几何参数、泡沫铝芯层相对密度和爆炸加载条件等对其变形规律和能量吸收性能的影响。结果表明:横向爆炸载荷下,泡沫铝夹芯管的变形区域集中在跨中位置,内外管通过跨中位置塑性变形和变形区域左右两端的弯曲变形吸收能量,泡沫铝芯层主要依靠芯层压缩吸收能量;减小外管壁厚或泡沫铝芯层相对密度能有效提高结构的比吸能,但会影响泡沫铝夹芯管内外管的变形程度;外管几何参数对结构吸能性能和内外管变形的影响程度远大于内管;基于泡沫铝夹芯管的数值模拟结果,构造了响应面模型并对其进行了多目标优化,给出了Pareto前沿图,可根据实际工程应用来确定泡沫铝夹芯管结构中内外管的壁厚与芯层的相对密度。

摘要：利用分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),对多孔铁合金在高应变率下的力学行为进行了研究,分析了材料的相对密度和应变率对其力学性能的影响。提出了一个能够描述多孔铁合金的力学行为的多参数唯象本构模型,并将本构模型预测的结果与实验结果进行了对比,其误差不超过10%,模型预测结果与实验结果吻合较好。本研究对多孔铁合金在工业设计和工程应用有一定的指导意义。