摘要：为研究重熔温度对WC_P/Fe复合材料界面特征及力学性能的影响,采用粉末烧结法制备了WC_P/Fe复合材料,然后对其进行界面重熔,为颗粒增强金属基复合材料的界面组织设计及其工程应用提供理论指导。结果表明:随着重熔温度的升高,颗粒中WC发生相变生成W_2C;W_2C与Fe可在固态条件下发生反应生成界面相Fe3W3C,且界面反应区宽度呈增大趋势,界面形态由间断状变成连续环状再到锯齿状;WC_P/Fe复合材料的压缩强度先升高后下降,当重熔温度为1 300℃时,界面宽度为13.5μm,界面形态呈完整连续环状,WC_P/Fe复合材料内部压缩裂纹不易萌生与扩展,其压缩强度达到最大值,为386MPa。

摘要：为了研究火箭发动机点火过程中动态冲击对固体推进剂的影响,设计了一个基于中止燃烧的模拟点火冲击装置。该装置由点火螺栓、燃烧室和泄压螺栓组成。金属爆破片安装在泄压螺栓的剪切口处,在点火冲击过程中准确控制泄压压力。模拟点火冲击试验的研究对象是圆环柱体形状的poly(BAMO-THF)/AP/Al固体推进剂试样。p-t曲线表明爆破片的泄压压力与测得的压力一致,其误差在±6%。根据p-t曲线计算增压速率,10 MPa下增压速率达到7000 MPa·s^-1,15 MPa下增压速率达到12000 MPa·s^-1,这远远大于固体火箭实际点火过程中的增压速率。在模拟点火冲击试验后,推进剂试样端面(受损表面)镶嵌的粒子受损,而内侧表面(未损表面)仍保持完整的状态。点火冲击试验后,推进剂试样的压缩强度增加,而压缩强度开始增加时的形变值降低。这说明在模拟点火冲击试验后,推进剂受损表面会进一步受损,力学性能也会发生改变。

摘要：针对大吨位多筋FRP拉索锚固存在应力集中、锚固效率低等问题,提出了一种性能可设计的分段变刚度锚固方法,以同源变刚度为设计理念,开发了一种磨碎玻璃纤维改性树脂荷载传递介质。首先,以常用的石英砂改性树脂为对照组,对比分析了2种改性树脂在不同体积掺量下的压缩性能,并利用数值拟合方法揭示了磨碎玻璃纤维改性树脂的压缩强度和弹性模量与体积掺量之间的关系;其次,利用三维实体有限元模型对FRP拉索锚固体系进行了参数分析,并以加载端FRP拉索的应力降低为优化目标;最后,在前述优化基础之上,开展了Φ4-37BFRP拉索的足尺静力试验。结果表明:当改性物体积掺量相同时,磨碎玻璃纤维改性树脂的压缩性能始终优于石英砂改性树脂的压缩性能;磨碎玻璃纤维改性树脂的压缩强度和弹性模量均随着改性物体积分数的增加而增大,且其变化规律符合二次多项式拟合关系(R;>0.98);分段比例为1∶1∶1∶1的磨碎玻璃纤维改性树脂荷载传递介质可有效降低锚固区FRP拉索的应力集中;BFRP拉索总体呈现理想的中部炸裂式破坏,且其荷载-位移关系近似呈线性关系;优化后的拉索锚固体系对BFRP拉索的静力锚固效率为101%,满足规范要求(≥95%);加载后的荷载传递介质未出现损伤,且未与BFRP拉索之间产生滑移;锚固区BFRP拉索的轴向应变自加载端至自由端逐渐减小。变刚度荷载传递介质可以显著减小锚固区加载端BFRP拉索的剪应力集中。

摘要：针对均匀点阵结构能量吸收性能低和截面梯度点阵结构刚度性能较差的问题,设计了多层尺寸梯度面心立方点阵结构,通过理论、仿真和试验方法研究了其力学性能。首先,采用SS316L不锈钢材料和选择性激光熔融(SLM)技术,制备了胞元尺寸梯度面心立方(SG-FCC)和均匀面心立方(U-FCC)两种点阵结构的试验件,并进行了准静态压缩试验;然后,在试验和有限元分析的基础上,获得了两种点阵结构在压缩过程的力学行为,基于杆梁变形理论和多层梯度点阵结构刚度组集方法,提出了两种点阵结构的等效弹性模量理论模型;最后,研究了不同梯度因子对SG-FCC点阵结构压缩性能的影响规律。试验结果表明:相比于U-FCC点阵结构,SG-FCC点阵结构的力学性能更加优异,其刚度和比刚度分别增长了17.8%和16.2%,吸能量和比吸能量分别提高了10.8%和10.36%。所提出的SG-FCC点阵结构弹性模量理论模型与试验和有限元分析结果相比吻合较好,误差小于10%,可用于SG-FCC点阵结构的刚度预测;当梯度因子为1.5时,SG-FCC点阵结构的刚度性能较好;当梯度因子为3时,SG-FCC点阵结构的吸能性能较好。该研究可为集高刚度和大吸能性能的轻质化结构设计和工程应用提供参考。

摘要：为提升点阵结构的轻量化水平及变形能力,研究了NiTi空心杆点阵结构设计及激光增材制造。通过改变支杆内径,设计了质量系数为100%、93%、75%和50%的四种体心四方空心杆点阵结构,并利用激光粉末床熔融技术成形了对应的NiTi形状记忆合金构件。研究了空心杆点阵结构的质量系数对构件成形质量和显微组织的影响规律,采用有限元模拟法和单轴压缩实验分析了质量系数对结构压缩性能的影响规律,并通过循环压缩-热回复实验揭示了质量系数对NiTi点阵结构形状记忆效应的影响机制。研究表明:激光粉末床熔融技术制备的点阵结构成形质量好,但仍存在由凝固收缩、粘粉及台阶效应引起的尺寸偏差;质量系数为100%的点阵结构的承载能力最好,第一最大压缩载荷可达191.73 kN,对应的变形率为0.22;当质量系数降至75%时,第一最大压缩载荷为89.80 kN,构件承载能力下降53.16%,但压缩变形能力并未减弱,变形率仍可达0.21,且质量系数为75%的点阵结构的形状记忆效应最佳,在第一个压缩循环中回复率可达98.92%。

摘要：首次采用分子动力学方法预测了自相似多级纳米蜂窝铝面内和面外(轴向)的压缩力学性能(弹性模量和压缩强度)。重点研究了相对密度、层级数和长度比对自相似多级纳米蜂窝铝结构力学性能的影响。在Gibson模型中引入了表面效应因子,结果表明修正的Gibson-Ashby模型与分子动力学计算结果更加吻合。此外,通过比较一级、二级和三级纳米蜂窝铝结构的变形机制发现,二级和三级纳米蜂窝铝结构由于分别在单级蜂窝和二级蜂窝的角点处接入六边形,在压缩过程中,多级纳米蜂窝铝结构激发的位错远高于单级蜂窝铝结构。也就是说,在压缩载荷下,多级蜂窝铝结构可以更好地利用结构的承载能力,吸收更多的能量。但是,自相似纳米蜂窝铝结构的力学性能无法通过增加级数的方法来无限增强,在相对密度和长度比不变的情况下,当纳米蜂窝铝结构的级数达到二级时,其综合力学性能最佳。研究结果还表明,相对密度不变时,二级纳米蜂窝铝结构长度比分别在0.3和0.4附近时,二级蜂窝铝结构具有最佳的面内和面外力学性能。研究成果对自相似多级纳米蜂窝结构的优化设计具有重要的指导作用。

摘要：基于ABAQUS软件,建立了1/3复合材料加筋柱壳结构的有限元模型,并对其压缩性能进行了分析,结果表明:结构的破坏形式为压缩稳定性破坏。在此基础上,研究了口盖的材料、铺层、尺寸等对带口盖加筋柱壳压缩性能的影响,为满足工程需要提出了对柱壳结构开口尺寸及口盖设计的改进方法。通过对改进结构进行分析表明,将口盖铺层的纤维整体偏转25°,能够使柱壳屈曲载荷提高6.8%,口盖选用与基体结构相同的复合材料比选用金属材料好。在对质量要求不高的情况下,口盖材料可以用铝合金7075代替碳纤维复合材料。

摘要：针对桁架类结构压缩过程不稳定且力学性能不足的问题,基于板式蜂窝结构设计了一种类蜂窝桁架结构。通过调整结构高度给出高宽比分别为1.5、1.0、0.5这3种不同参数,并采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)的方式使用316L不锈钢进行结构制备;利用光学显微镜以及电子显微镜对样件内部组织进行分析,发现样件晶粒细小且内部缺陷少,没有宏观缺陷,整体成型质量良好;同时,通过理论、试验以及仿真手段研究了该结构的力学性能。研究结果表明,采用0.5、1.0、1.5这3种高宽比升级后的结构样件屈服强度分别为256、142、106 MPa,比原始结构分别增加了524%、306%、279%,其中以高宽比为0.5的样件性能最为优异;相同相对密度条件下,升级后样件的屈服强度比原始结构的提高了159%;随着高宽比的降低,样件压缩过程更加稳定,且其应力-应变曲线在屈服阶段趋于平缓。利用ABAQUS软件对升级后的结构进行准静态压缩模拟,通过模拟结果可以发现,高宽比为1.5的结构准静态压缩模拟过程不稳定,局部杆件出现紊乱现象;随着高宽比的降低,整个过程逐步稳定且杆件屈服强度提升。该有限元分析验证了调整结构高宽比可以改善构件压缩稳定性的观点,且模拟结果与试验结果相符。此蜂窝桁架结构的设计方式可以应用到其他桁架点阵结构的设计之中,同时该结构还能作为点阵结构的基本单元以及增材制造支撑单元,可以为提高点阵结构316L不锈钢样件的力学性能提供思路。

摘要：背景:人工骨植入是治疗骨质严重疏松及骨损伤的重要方法,然而植入时需要考虑其与宿主骨的机械相容性,尤其要使人工骨的杨氏模量与宿主骨相匹配。目的:分析单胞结构类型、支柱尺寸和孔径尺寸对单胞结构的杨氏模量及孔隙率的影响。方法:设计了3种可以描述骨骼微观结构的单胞结构(支杆单胞、带孔板单胞、圆柱孔单胞),设计正交实验,基于有限元模拟对单胞结构进行静力学分析。通过极差和方差分析研究3种单胞结构类型、支柱尺寸和孔径尺寸对单胞结构杨氏模量及孔隙率的影响。基于正交实验数据建立响应面近似模型,以股骨近端的松质骨杨氏模量为优化目标,选择序列二次规划法对单胞结构进行优化参数设计。结果与结论:极差和方差分析的结果表明,以上3因素影响单胞结构杨氏模量的主次顺序为:支柱尺寸>孔径尺寸>结构类型,影响单胞结构孔隙率的主次顺序为:支柱尺寸>结构类型>孔径尺寸。选用响应面法建立近似模型,以股骨的杨氏模量0.97 GPa为优化目标,采用序列二次规划法对单胞结构进行优化,再进行模拟验证。验证结果表明所采用的优化设计方法是有效的,从而为人工骨的结构提供了新的设计方法。

摘要：全面分析了聚苯乙烯泡沫塑料的压缩性能、热导率和吸水率,从基本的特性上分析了其作为保温材料的优点。同时,结合现代建筑室内设计,从屋顶、地面和墙面结构保温设计中分析了聚苯乙烯泡沫塑料在其中所起到的作用,为聚苯乙烯泡沫塑料在建筑保温中的应用研究提供了一定的参考价值。