摘要：超材料是由人工设计的、具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构,有负等效质量密度、负等效弹性模量、负折射率等特性.声子晶体超材料是一种具有周期性结构的超材料,其布拉格带隙或局域共振带隙的存在使处于禁带频率下的声波或弹性波进入声子晶体后无法在其中传播.其能带特性可以通过设计进行调节,使通带频率下的声波或弹性波进入具有特定结构的声子晶体后,实现成像、聚焦以及定向传输等对波传播的极端控制功能.梯度折射率超材料是一种折射率随空间变化而变化的结构.梯度折射率透镜由局部非均匀结构组成,其折射率是空间坐标的函数.波在透镜中会沿着弯曲的轨迹传播,可以通过适当的设计实现对波的弯曲、偏转和聚焦等功能.梯度折射率的设计可以通过改变局部晶体单元的性质实现有效折射率的梯度分布,如改变声子晶体的晶格尺寸、散射体的填充率、散射体的材料等.此外,梯度折射率超材料透镜能够通过设计在宽频率范围内精准聚焦波,从而实现能量采集等工程应用.本文从光学理论原理、透镜设计及其应用三方面展开介绍,首先对理论基础以及目前构建梯度折射率器件的几种方法进行总结,然后从透镜的应用角度介绍几种典型案例,最后对透镜的未来研究作出展望.

摘要：利用万能试验机和跌落试验台分别得到C楞瓦楞纸板静态、动态应力-应变数据,建立相应的理论模型,并用最小二乘法识别模型中的参数。给出了瓦楞纸板在缓冲动力学中应用的例子,结果表明所建立的缓冲模型,可以直接用于缓冲包装设计,克服了用最大加速度-静应力曲线来设计缓冲包装需要大量实验和较多的数据的弊端。

摘要：椭圆形封头是承压设备的关键零件,广泛应用于石油、化工和核电等行业,椭圆形封头的设计对保证承压设备的安全可靠性和经济性具有重要作用。基于中国标准GB/T 150和JB 4732、美国规范ASME BPVCⅢ.1-NE、N-284、Ⅷ-1、Ⅷ-2和欧盟标准EN 13445,比较研究了它们的内压椭圆形封头设计方法。结果表明:美国和欧盟规范标准均采用基于失效模式的设计方法,而中国标准仍采用基于最大应力和极限压力的强度设计方法,并未给出防止局部屈曲失效的设计公式,不利于超大直径超薄椭圆形封头的设计;JB 4732的设计结果偏保守,经济性差;现有设计方法在理论上均未考虑材料应变硬化和大变形的双重影响。为此建议修订中国标准的内压椭圆形封头设计方法:综合考虑材料应变硬化和大变形的影响,建立基于失效模式的设计方法。

摘要：本文设计开发了一种无毒耐高温的高强高导铜合金,用以替代Cu-Co-Be合金材料.通过熔铸法制备了Cu-0.13 wt%Co及Cu-0.06 wt%Co-0.08 wt%Ti合金,并对其进行了固溶、冷轧、时效处理.测试合金时效后硬度和电导率变化,同时采用金相显微镜和透射电子显微镜观察合金显微组织,分析其组织与性能的关系.研究发现,合金在400℃时效时,随着时效时间的延长, Cu-0.13 wt%Co合金电导率轻微上升,硬度大幅度降低;Cu-0.06 wt%Co-0.08 wt%Ti合金电导率逐渐升高,时效24 h后硬度几乎保持不变,抗软化性能良好.时效前两种合金组织中均无第二相,经400℃时效24 h后Cu-0.06 wt%Co-0.08 wt%Ti合金中析出CoTix相,平均尺寸为15 nm.析出相产生的时效硬化作用和净化基体作用是Cu-0.06 wt%Co-0.08 wt%Ti合金具有良好力学和电学性能的关键.

摘要：相对于人们通常熟悉的金属、陶瓷、玻璃等"硬材料","软材料"是自然界、生命体系、日常生活和工程应用中广泛存在的物质体系,例如动植物组织结构、人造聚合物、液晶、胶体、泡沫、颗粒物质等.许多软材料在受外界激励后会发生变形或引发相应的功能响应,这种材料被称为功能软材料(soft active material,SAM).介电高弹聚合物属于典型的功能软材料,通过电压作用,介电高弹聚合物可产生超过100%的应变,并具有轻质量、快反应和高能量密度等优点,在智能仿生、航空航天、机械、新能源等领域有巨大的应用潜力.本学位论文主要研究介电高弹聚合物这一类功能软材料,研究了介电高弹聚合物的失拉、断裂、电击穿、粘弹性、失稳等力电失效和力电耗散现象,通过分析这些现象的产生机理和特性,得到克服或利用介电高弹聚合物特有的力电性能,实现换能器极大电致变形(1692%电致面积变形)、高效能量收集、主动调频振动等性能的理论方案.通过仿真模拟,进行换能器结构与介电高弹聚合物材料的优化设计,在试验上完成介电高弹聚合物换能器在不同工作模式下的高性能实现.

摘要：塑性垮塌是内压碟形封头设计必须考虑的重要失效模式之一,精准预测塑性垮塌压力有助于避免碟形封头发生塑性垮塌事故。考虑材料应变硬化的影响,从有限元分析、公式计算、试验验证三方面开展内压碟形封头塑性垮塌压力预测方法研究。采用基于弧长法的非线性有限元技术,建立考虑应变硬化的碟形封头塑性垮塌压力预测数值模型。在前人研究基础上,推导出碟形封头塑性垮塌压力计算公式。汇总文献中16个碟形封头爆破试验数据,对提出的预测方法进行验证分析。结果表明:公式计算、有限元分析与试验结果吻合良好,验证了碟形封头塑性垮塌压力的有限元模型和公式计算的可靠性和准确性。为建立考虑材料应变硬化的防止碟形封头塑性垮塌的设计方法提供技术支撑。

摘要：本文利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了典型金属有机框架材料——MOF-5的力学、电学性质及其应变调控特性.通过对MOF-5材料施加不同类型的应变,系统地研究了MOF-5材料的力学特性,获得了MOF-5的弹性常数、杨氏模量等基本力学参数.另一方面,通过分析能带结构等特征得到了MOF-5的本征电学特性,计算得到的MOF-5的禁带带宽为3.49 eV,属于宽禁带半导体.对MOF-5电学性质的应变调控特性研究发现,外界应变会显著降低MOF-5的禁带带宽,提高其导电性.通过进一步分析其电子态密度、共价键键长等的变化,发现外界应变会引起MOF-5有机配体中共价键强度的降低,继而导致材料禁带带宽的减小.研究从理论上定量揭示了外部应变对MOF-5电学性质的调控行为,为基于MOF-5的气氛传感器优化设计和性能评估等提供了重要的理论依据.

摘要：运用LS-DYNA3D对不同缠绕角度的离散多层绕带容器在内部中心爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟。模拟结果与实验结果、理论分析以及单层圆柱高压容器的动力响应作了比较.研究结果表明.内部中心爆炸载荷作用下,容器绕带层应力分布比较均匀;相同炸药当量条件下,缠绕角度越大,最外层绕带中心的最终位移越大。结果还表明,离散多层绕带容器具有只漏不爆的良好抗爆性能,是单层结构容器不具备的。计算结果可为构建爆炸容器的工程设计标准提供参考。

摘要：现行压力容器标准中奥氏体不锈钢疲劳设计曲线均基于常温疲劳试验数据拟合得来,并未考虑低温对奥氏体不锈钢强度、疲劳寿命的影响。本文提出一种基于常温疲劳设计曲线和深冷力学性能,获取奥氏体不锈钢深冷疲劳设计曲线的方法。首先,在试验研究基础上整理分析了文献中77 K和4 K温度下的奥氏体不锈钢疲劳试验数据,并按ASME BPVCⅧ-2采用的Langer模型表征疲劳试验曲线;其次,根据低温对奥氏体不锈钢强度和塑性的影响规律,分别对Langer模型中的疲劳极限和塑性应变项系数进行修正,建立低温下Langer模型系数与温度的关联关系,提出了深冷疲劳试验曲线计算公式;最后,通过对比文献中110 K温度下材料疲劳试验数据,初步验证了深冷疲劳曲线计算方法的有效性。

摘要：为研究蜂窝纸板外包装箱对泡沫包装系统整体缓冲性能影响,基于Abaqus/Explicit程序对考虑蜂窝纸板作用的泡沫包装系统动力学行为进行有限元分析。结果表明,当冲击物初始冲击动能较小时,泡沫发挥主要缓冲作用,蜂窝纸板外包装箱对系统整体缓冲性能贡献不显著;当冲击物初始冲击动能增加到一定程度后,泡沫无法有效降低冲击物冲击速度,此时蜂窝纸板外包装箱对系统整体缓冲性能贡献显著增大。蜂窝纸板外包装箱能显著降低冲击物峰值加速度,极大改善系统整体缓冲性能。在泡沫包装系统设计时应充分考虑蜂窝纸板外包装箱作用,避免过度包装。