摘要：Nb_(3)Sn超导体在循环载荷下的变形损伤行为研究对揭示超导体临界性能不可逆退化背后的力学机制具有重要意义。采用分子动力学模拟方法研究了极低温条件下单晶和多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷下的变形损伤行为,同时分析了应变率对Nb_(3)Sn/Nb复合材料变形损伤和断裂行为的影响。结果表明:单晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷作用后,Nb_(3)Sn层出现滑移,当滑移带交错处的局部应力大于材料强度时,在滑移带交错处微裂纹萌生,致使复合材料中Nb_(3)Sn层断裂失效;而多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料则由于晶界处应力在循环载荷下得不到松弛,当应力峰值超过晶界强度时,在晶界处萌生微裂纹,导致复合材料中Nb_(3)Sn层发生沿晶断裂。Nb_(3)Sn/Nb复合材料在不同应变率下表现出不同的断裂方式。随着应变率的增加,单晶Nb_(3)Sn层中的滑移带数量增加,导致单晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料的韧性增强。而多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料中,晶界对材料强度的影响随着应变率的增加而降低,高应变率下,复合材料在Nb_(3)Sn层局部断裂后具有较大的剩余强度。研究结果将有助于理解Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷下的损伤演化过程,为材料的性能优化设计提供一定的理论指导。

摘要：【目的】抗鸟撞性能一直是飞机适航性的重要检验因素之一。为探究某民机机头侧壁板的抗鸟撞性能,采用铆钉失效占比评估法、能量法以及剩余承载力评估法这3种方法进行评估。【方法】通过PAM-CRASH软件模拟3种构型侧壁板的鸟撞情况,验证了数值模型的有效性,并基于3种试验件的鸟撞破坏情况对上述方法的可靠性进行评估。【结果】研究结果表明,铆钉失效占比越低表明结构的抗鸟撞性能越好;结构的铆钉吸能占比大小提升且蒙皮吸能占比大小降低时,结构的抗鸟撞性能得以提升;剩余承载力评估法能够定量化分析抗鸟撞性能,当损伤因子越低,其抗鸟撞性能越好。【结论】对侧壁板试验件抗鸟撞性能评估法的适用性与局限性进行总结,为后期民机的安全设计和研究开发提供有价值的参考。

摘要：【目的】设计了一种新型的Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金。【方法】在非等原子比Ni-Co-Cr基体的中熵合金中加入微量的Si、Al和Ti元素,并且通过不同温度的时效热处理进一步引入弥散的共格L12相沉淀。【结果】结果表明,700℃时效后的Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金具有最优异的力学性能,其屈服强度为783MPa,极限抗拉强度为1252MPa,伸长率为41.6%;相比退火处理样品,经过700℃时效处理使得合金的屈服强度提升了310MPa.分析合金在700℃时效样品的初始微观结构,可以确定合金中不仅存在共格的L12相结构,还有微量的金属间化合物Ni16Ti6Si7相。同时,由于高轧制量的冷轧变形和短时间的退火处理,在初始结构中发现微量的层错、纳米层错网格、Lomer-cottrell锁和位错钉扎现象的存在。其几何必需位错在拉伸过程中呈现出均匀分布,主要的变形模式以滑移为主,且具有层错结构,并没有发现变形孪晶。

摘要：A15型Nb_(3)Sn超导体是制造高场(>10 T)超导磁体线圈的主要材料,被广泛应用于磁约束可控核聚变、高能物理等强磁场超导磁体装备制造领域.力学变形诱导的Nb_(3)Sn超导临界性能退化给高场超导磁体装备的电磁性能指标和安全稳定运行造成了极其不利的影响.鉴于Nb_(3)Sn超导体具有复杂的多尺度结构特征,不同尺度下变形与超导电性能耦合行为是相互关联的,本文建立了考虑微/细/宏观关联的非线性力电磁耦合本构模型,提出了从原子尺度A15晶体结构到超导体微结构到宏观非均质Nb_(3)Sn复合超导体的多尺度模拟模型.基于多晶体有限元方法,对静水压加载条件下Nb_(3)Sn多晶体超导临界温度衰退和单轴拉压加载条件下Nb_(3)Sn复合多晶体临界性能衰退行为进行了模拟预测,预测结果与实验观测结果定性吻合.该模型揭示了Nb_(3)Sn复合超导体变形-超导电性能多尺度耦合机理,实现对高场超导体力、电、磁、热耦合行为的预测,有助于提高对A15型金属间化合物高场超导复合材料力、电、磁、热多尺度耦合行为的认识和描述能力,为强磁场超导磁体的设计与制造提供有力的理论支撑.

摘要：高孔隙率的负泊松比蜂窝结构在能量吸收的过程中往往伴随剧烈的应力波动和显著的峰值应力,极易造成蜂窝结构的局部损坏,影响能量的连续吸收。为了减少局部破坏的产生,基于传统内凹六边形蜂窝胞元设计了一种反对称的弧形胞元,并通过不同的阵列方向,得到了2种新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构。采用准静态压缩试验和有限元模拟的方法,探究了速度梯度对新型反对称弧形蜂窝结构模型的整体变形模式,不同层水平应变分布,变形机理,以及抗冲击性的影响。研究结果表明:不同于传统负泊松比蜂窝模型中出现大量的局部密实化区域,新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构中局部密实带明显减少,结构中多层胞元组成的变形区域同时参与变形,整体表现出十分稳定的变形模式。这与最大水平应变的提高以及新型蜂窝结构抗冲击性的增强密切相关,特别是在中速模式下,新型反对称弧形蜂窝模型抗冲击性明显增强,冲击载荷效率达到78%,远高于传统蜂窝模型43%的冲击载荷效率;此外,反对称弧形蜂窝结构胞元还带动了相邻胞元之间的胞壁发生向上弯曲来抵抗弯矩。在低速模式下,2种新型反对称弧形蜂窝模型的最大水平应变分别提高了100%、36%;在中速模式下,2种模型均提高了39%。

摘要：通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能,探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验,基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料(vectorized user-material,VUMAT)子程序,采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹,运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟,在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面,模拟结果与实验结果吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段,三种不同层数的叶片都有较大的变形,且叶片的变形模式相近;在冲击衰减阶段与恒流稳定阶段,不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中,叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主,其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明,碳纤维叶片损伤模式主要表现为:(1)叶根部边缘损伤,(2)叶根部完全断裂,(3)叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大,通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析,可为碳纤维叶片的工程设计和应用提供参考。

摘要：通过静态三点弯和动态三点弯实验,研究了基于海螺壳和珍珠贝壳层的仿生混合设计复合材料在不同应变率下海螺壳单元倾斜角度对试样断裂行为的影响。使用软相和硬相两种基体材料通过3D打印技术制备4组试样,基于准静态和动态三点弯冲击实验,得到了4组试样的载荷-位移曲线和起裂功等参数。结果表明:不同应变率下结构发生不同的裂纹偏转路径,在较低的应变率下,45°样品强度高,吸能效果好,30°样品断裂韧性较好;在较高应变率下,45°样品强度与韧性较好。最后,通过落锤实验,研究了不同冲击速度对混合设计结构板破坏的影响,得到了临界破坏速度及两种破坏模式。落锤实验表明,当冲击速度达到1.8 m/s时,继续增加冲击速度至2.0 m/s对仿海螺壳-珍珠贝壳结构的动态响应无明显影响。结构起裂前吸收的能量和起裂后吸收的能量在总吸能中的占比趋于稳定。

摘要：基于马尾草茎秆的结构特征,设计了一种新型马尾草仿生薄壁管。利用有限元软件ABAQUS,分析了双圆管和马尾草仿生薄壁管在轴向压缩下的耐撞性能和能量吸收特性。结果表明:在质量相同的情况下,仿生薄壁管的比吸能提高了34.74%,压缩力效率提高了37.50%,马尾草仿生薄壁管的比吸能随壁厚的增加而单调递增;对于肋数不同、质量相同的仿生薄壁管,肋数为4的结构耐撞性最好;在肋厚不变(比吸能损失较小)的前提下,调节肋角可以降低薄壁结构的初始峰值力。为了进一步提高薄壁管的能量吸收能力,以内半径、肋角和肋厚为设计变量,进行了多目标优化。采用响应面法和遗传算法(NSGA-Ⅱ),使比吸能最大化的同时初始峰值载荷最小化。与最初设计的仿生薄壁管相比,优化后薄壁管的比吸能提高了13.42%。

摘要：基于金属微观晶体结构,设计了一种改进型面心立方(FCC)晶格材料。利用ABAQUS有限元软件,对体心立方(BCC)及FCC晶格材料进行了准静态与速度为10~100 m/s的动态加载数值模拟,定量分析了两种晶格材料的能量吸收性能,给出了动态加载下晶格材料压缩平台应力及塑性能量耗散的半经验公式。结果表明:在准静态压缩载荷下,相同相对密度的FCC晶格比BCC晶格具有更优异的能量吸收性能,当相对密度为10.5%~10.6%时,FCC晶格材料的归一化比吸能是BCC晶格材料的2.6倍。此外,与常见负泊松比材料及大部分桁架晶格材料相比,相同相对密度的FCC晶格材料具有更高的比刚度、能量吸收效率及压缩力效率。

摘要：为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法.将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中.采用内外双层循环的方式实现了冲击载荷下单相材料和双相复合材料/结构的拓扑优化.通过两个算例验证了方法的可行性与高效性,并且对优化后的结构进行动态响应分析,分析结果表明与传统方法相比,采用新方法优化得到的结构,在冲击载荷下承载能力更好,说明该方法适用于冲击载荷下结构的拓扑优化设计,且优化流程简洁,计算效率高,优化平稳高效.