摘要：建立了高孔隙率闭孔泡沫铝抗低速撞击的分析模型,通过落重冲击试验验证了模型预测的准确性;采用所建立的模型,计算了闭孔泡沫铝作为大质量结构抗低速冲击构件的临界冲击速度,研究了不同冲击条件下结构响应的最小加速度和临界加速度.结果表明,闭孔泡沫铝适合作为大质量结构的低速冲击防护材料:当撞击速度低于临界冲击速度时,泡沫铝的作用应力不会超过其平台压缩应力,具有高孔隙率的泡沫铝甚至可使冲击响应加速度大幅降低,具有优良的防护效果;当撞击速度超过相应条件下的临界速度时,由于泡沫铝压缩密实阶段的应力增强作用,不仅使其作用应力迅速增大(为平台应力的5-15倍),而且使冲击响应加速度迅速增加甚至超过1000g,从而对结构的安全防护构成威胁.最后,讨论了冲击质量比、泡沫铝孔隙率、泡沫几何尺寸等冲击参数对临界冲击速度和冲击响应加速度的影响.

摘要：引入均一化等效理论,对金字塔型结构芯体夹层材料的芯体弹性常数进行均一化等效处理,并将其用于研究该夹层材料结构的动态性能.同时采用三维(3D)离散有限元模型计算了结构的动态性能.为验证了理论预测的正确性,设计并制备了金字塔点阵悬臂梁,进行了实验模态分析,将实验结果与理论计算的各阶自振频率进行了比较.结果表明:该模型对低阶自振频率的计算结果与实验结果、3D离散有限元模型计算结果吻合得都比较好,一阶自振频率误差不到5%,其它误差在10%左右.

摘要：仿生螺旋结构纤维增强复合材料是受生物外骨骼和鳞片微观结构启发而设计的一种新型复合材料。该结构通过在单向铺层中引入的层间转角,能够显著降低复合材料在受载时的层间应力,从而提高层间粘接性能和抗冲击能力。本文综述并评价了仿生螺旋灵感的来源、常见的构型与制备工艺、静/动态力学性能的研究现状及应用前景,分析了仿生螺旋复合材料的动/静态力学响应及其力学机理,仿生螺旋铺层作为一种新兴设计思路对提升纤维增强复合材料刚度、强度及韧性等具有显著优势。通过总结现有仿生螺旋结构在复合材料领域的研究进展与不足,对未来的发展方向进行了探讨与展望。本文的研究成果对于设计力学性能优异的仿生复合材料具有理论和实践指导意义。

摘要：A comparative optimal design of fluid-saturated prismatic cellular metal honeycombs （PCMHs） having different cell shapes is presented for thermal management applications. Based on the periodic topology of each PCMH, a unit cell （UC） for thermal transport analysis was selected to calculate its effective thermal conductivity. Without introducing any empirical coefficient, we modified and extended the analytical model of parallel-series thermal-electric network to a wider porosity range （0.7 ~ 0.98） by considering the effects of two-dimensional local heat conduction in solid ligaments inside each UC. Good agreement was achieved between analytical predictions and numerical simulations based on the method of finite volume. The concept of ligament heat conduction efficiency （LTCE） was proposed to physically explain the mechanisms underlying the effects of ligament configuration on effective thermal conductivity （ETC）. Based upon the proposed theory, a construct strategy was developed for designing the ETC by altering the equivalent interaction angle with the direction of heat flow： relatively small average interaction angle for thermal conduction and relatively large one for thermal insulation.

摘要：远动终端产品在我国迅速发展。文章阐述了当前使用的产品存在的一些问题，以及对设计开发新产品的几点要求。

摘要：基于经典层合板理论及双线性黏聚区本构关系,建立了含一般分层裂纹层合板的理论模型,对Ⅰ-Ⅱ混合型弯曲(MMB)断裂试件进行了裂纹扩展理论分析。提出了一种Ⅰ-Ⅱ混合型断裂叠加模型,引入Ⅰ型裂纹分量的刚体转动位移,同时考虑了裂纹长度超过试件半长后中部载荷分量对裂纹扩展的闭合效应,并根据黏聚区力学响应,分段获得了位移函数通解。结合叠加模型的边界条件与连续性条件,分析了MMB试件的裂纹扩展过程,求解获得了载荷-位移曲线。通过与梁模型预测以及试验结果进行对比,验证了本文模型对Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹扩展预测的有效性和准确性,并讨论了初始断裂模式混合比及闭合效应对裂纹扩展过程的影响。结果表明:初始Ⅱ型裂纹比重较大时,中部载荷的闭合效应更为明显,可能出现Ⅰ型裂纹完全闭合的情况;裂纹扩展过程中,当裂纹长度小于试件半长时,断裂混合比基本保持常数;当裂纹扩展超过试件半长后,闭合效应明显,混合裂纹形式逐渐向单一型断裂模式退化。

摘要：针对微型自治系统的应用要求,提出了一种具有层状锌电极/碱性电解液/空气阴极结构的微型平板锌空气电池.设计了一种具有高密度微小柱体结构的三维锌电极来获得高空隙率,从而提供最佳的性能.针对所开发的微型电池,根据锌在电解液中的电化学反应原理和电池中的传质过程,综合考虑了质量和电荷守恒定律、液相中的欧姆定律、固相中的电流传输(Buter-Volmer方程),以及锌分解的析出/分解速率和动力学速率,建立了理论模型,在此基础上模拟并讨论了微型电池的性能.采用四掩模工艺制造了原型微型电池.初步试验结果表明,这种微型电池能够提供的最大功率为5 mW,在2 h内可以稳定提供的平均功率为100μW.尽管这种微型电池的制造工艺仍然有待进一步优化,但是初步的试验结果已经表明,电池的结构设计和计算机建模结果是令人满意的,这种锌空气电池的概念用于微型自治系统是可行的.

摘要：微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)是指内部微结构尺寸在微米甚至纳米量级的微电子机械装置,是一个独立的智能系统.长宽厚均处于微米量级的微平板为MEMS中的典型结构,其声学和力学特性直接影响MEMS的性能.针对同时受声压激励和气膜力(通过考虑相同尺寸微平板振动引入)作用的四边简支微平板结构,应用Cosserat理论和Hamilton原理,建立了考虑微尺度效应(本征长度和Knudsen数)影响的声振耦合理论模型,并通过多重Fourier展开法求解了耦合方程,得到了系统的传声损失结果.通过频域分析,考虑微平板的不同振动频率、振动幅度和板间距,系统研究了不同尺度效应下微结构中气体薄膜所产生的阻尼力对微平板结构传声特性的影响.研究发现尺度效应对于微结构的声振特性影响巨大,振动行为对微结构的传声特性也有很大影响,控制并减小微平板的振动幅度以及增大微平板的间距都能够提高微平板的声振性能.研究结果为MEMS中微平板的稳定性优化设计提供了理论参考.

摘要：为了探究具备抗多发弹打击的蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在冲击波与破片联合载荷下的防护性能,改善当前防护装甲基于破片或爆炸冲击波单一载荷开展结构设计的不足。通过泡沫铝-弹丸复合弹模拟联合载荷,采用有限元模拟,研究蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在联合载荷作用下的结构动态响应与毁伤机理,明确速度差和预变形两种协同作用机制;进一步研究联合载荷中爆炸冲击波与破片抵达先后顺序与抵达时间差对复合装甲防护性能的影响。最终,进行参数化研究,讨论蜂窝点阵-陶瓷复合装甲中,不同子结构关键几何参数对防护性能的影响规律,评估不同子结构的防护贡献,为最优防护性能设计提供指导。

摘要：为了研究高温环境下具有梯度结构的多孔金属纤维吸声性能,应用物性参数与温度之间的关系式,将Johnson-Allard吸声理论模型拓展到高温条件下,建立了多孔金属纤维材料高温吸声理论模型。采用高温阻抗管设备,测量了多孔材料试件,实验测试数据与理论计算结果符合很好,验证了理论模型的有效性。应用声阻抗转移公式,进一步将该理论模型拓展为梯度多孔金属纤维的高温吸声理论模型,并结合优化算法对多层梯度材料结构进行了优化设计。研究结果表明:高温条件下,材料吸声效果相比常温条件下稍差;多孔材料孔隙率和纤维丝径对材料吸声性能影响显著,随着孔隙率或纤维丝直径增大,材料吸声系数在低频段减小,在中频段增大;经过结构优化设计后,在同等条件下,多层梯度金属纤维材料吸声性能明显优于单层结构,具有良好的吸声效果。研究工作对多孔金属纤维材料的高温吸声应用及梯度优化设计具有一定的指导意义。