检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2021年第5期53卷 1334-1344,I0002页

作者：郭晓龙姚寅陈少华北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 北京理工大学轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081

界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用,界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响.然而由于复合材料内部结构较为复杂,颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定,尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法.... 详细信息

界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用,界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响.然而由于复合材料内部结构较为复杂,颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定,尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法.本文以氧化锆颗粒增强聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料为研究对象,提出一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法.首先,实验获得纯PDMS基体材料及单颗粒填充PDMS试样的单轴拉伸应力-应变曲线,标定出PDMS基体材料的单轴拉伸超弹性本构关系;其次,建立与单颗粒填充试样一致的有限元模型,选择特定的黏结区模型描述界面力学行为,通过样品不同阶段拉伸力学响应的实验与数值结果对比,分别给出颗粒与基体界面的法向强度、切向强度及界面断裂韧性;进一步应用标定的界面力学参数,开展不同尺寸及不同数目颗粒填充试样的实验与数值结果比较,验证界面性能预测结果的合理性.本文提出的界面力学性能预测方法简便、易操作、精度高,对定量预测颗粒增强复合材料的力学性能具有一定帮助,亦对定量预测纤维增强复合材料的界面性能具有一定参考意义.

关键词：颗粒增强复合材料界面强度界面断裂韧性拉伸实验有限元

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拉扭耦合作用下柱形纤维与基底的界面黏附性能研究

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力学学报 2023年第4期55卷 885-894页

作者：徐荣强彭志龙陈少华北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 北京理工大学轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081

受壁虎刚毛可逆黏附性能的启发,本文建立了单根弹性圆柱纤维与刚性基底黏附接触的理论和数值模型,同时考虑了拉伸和扭转载荷的耦合作用及纤维半径对界面黏附性能的影响.研究发现耦合载荷作用下柱形纤维同样存在一个临界半径,当纤维半径... 详细信息

受壁虎刚毛可逆黏附性能的启发,本文建立了单根弹性圆柱纤维与刚性基底黏附接触的理论和数值模型,同时考虑了拉伸和扭转载荷的耦合作用及纤维半径对界面黏附性能的影响.研究发现耦合载荷作用下柱形纤维同样存在一个临界半径,当纤维半径小于该临界尺寸时,界面应力达到均匀的理论强度分布,接触边界应力集中消失,出现缺陷不敏感现象;当纤维半径大于该临界尺寸时,界面以裂纹扩展而失效.在耦合载荷作用下纤维的临界半径小于纯拉伸而大于纯扭转时的临界尺寸,且该临界半径随着施加扭转载荷的增大而减小.表明在纯拉伸载荷下使界面黏附强度达到最优的柱形纤维,在拉伸和扭转载荷耦合作用下,由于界面失效形式的转变使界面易发生脱黏,并且界面脱黏时的拉脱力随着扭转载荷的增大而减小,理论和数值结果一致.本文结果进一步应用揭示了壁虎可以通过调控施加在其最小黏附单元上的载荷形式实现纯拉伸载荷下强黏附及耦合载荷下易脱黏的力学机制.

关键词：柱形纤维拉伸和扭转可逆黏附缺陷不敏感内聚力模型

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磁场力及膜曲率对磁敏感薄膜-基底界面黏附性能的影响与调控

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力学学报 2021年第6期53卷 1609-1621页

作者：韩明杰彭志龙姚寅张博陈少华北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 北京理工大学轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081

界面黏附和脱黏的可调控在攀爬装置、黏附开关、机械抓手等方面具有重要的应用需求.针对磁敏感薄膜-基底界面,开展了薄膜初始曲率及外加磁场对界面黏附性能影响机制的研究.首先实验制备了具有初始曲率的磁敏感薄膜,分别开展了具有初始... 详细信息

界面黏附和脱黏的可调控在攀爬装置、黏附开关、机械抓手等方面具有重要的应用需求.针对磁敏感薄膜-基底界面,开展了薄膜初始曲率及外加磁场对界面黏附性能影响机制的研究.首先实验制备了具有初始曲率的磁敏感薄膜,分别开展了具有初始曲率的磁敏感薄膜-基底界面撕脱实验及理论研究,研究了薄膜初始曲率、弯曲刚度和外加磁场强度对界面黏附性能的影响规律.实验和理论结果一致表明:具有初始曲率的磁敏感薄膜-基底界面黏附力随薄膜初始曲率的增大而减小,而外加磁场能够有效提高界面黏附力;相比于初始零曲率薄膜-基底界面稳态撕脱力与薄膜弯曲刚度无关,薄膜弯曲刚度减弱了具有初始曲率薄膜-基底界面的稳态撕脱力.进一步从能量角度分析了界面等效黏附性能,揭示了薄膜弯曲能、磁场势能、界面黏附能的相互竞争机制.最后,基于本文的实验及理论结果,提出了一种磁场和薄膜初始曲率协同调控的简易机械抓手,可连续实现物体的拾取、搬运和释放功能.本文结果不仅有助于理解多场调控的界面可逆黏附机制,对界面黏附可控的功能器件设计亦提供了一种新方法.

关键词：磁敏感薄膜初始曲率磁场强度可调黏附机械抓手

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金属增材制造晶体塑性有限胞元自洽聚类分析方法

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力学学报 2024年第7期56卷 1916-1930页

作者：于飞廉艳平李明健高汝鑫北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 北京理工大学轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081

金属增材制造是一种先进的数字化制造技术,在高性能及复杂构件快速制备方面具有独特的优势.然而,其成形材料微观组织复杂且存在不可避免的制造缺陷,导致实际制造材料性能与设计性能存在偏差,亟需发展考虑真实材料微观组织和缺陷的力学... 详细信息

金属增材制造是一种先进的数字化制造技术,在高性能及复杂构件快速制备方面具有独特的优势.然而,其成形材料微观组织复杂且存在不可避免的制造缺陷,导致实际制造材料性能与设计性能存在偏差,亟需发展考虑真实材料微观组织和缺陷的力学性能高效预测方法.针对该问题,发展了晶体塑性有限胞元-自洽聚类分析方法,包括离线数据准备和在线快速计算两个阶段.其中,在离线阶段,采用晶体塑性有限胞元法和聚类算法建立实际微观组织代表体元离散数据;在线阶段,采用基于加权余量-子域法的自洽聚类分析和考虑Hall-Petch效应的晶体塑性模型求解了代表体元问题的Lippmann-Schwinger方程,进而通过应力应变均匀化获得材料的宏观等效力学性能.通过理想及含不规则孔隙的多晶算例验证了所提出方法的计算精度及高效性;进一步,采用该方法研究了激光选区熔融增材制造IN625合金力学性能,并揭示了工艺参数对其力学性能的影响.结果表明,文章工作为金属增材制造成形材料力学性能预测提供了一种高效的计算方法.

关键词：数据驱动方法自洽聚类分析晶体塑性有限胞元增材制造

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面向一体化热防护的陶瓷基复合材料轻量化结构研究进展与挑战

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材料工程 2022年第10期50卷 15-28页

作者：张路袁芳王文清董星杰何汝杰北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 航天材料及工艺研究所北京100076 轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081

高超声速飞行器技术是航空航天领域发展的重要方向,对国防安全起着重要作用。高超声速飞行器能在极端环境中安全服役的关键在于飞行器的热防护材料与结构。一方面,热防护材料与结构必须能够经受恶劣的气动热环境;另一方面,热防护材料与... 详细信息

高超声速飞行器技术是航空航天领域发展的重要方向,对国防安全起着重要作用。高超声速飞行器能在极端环境中安全服役的关键在于飞行器的热防护材料与结构。一方面,热防护材料与结构必须能够经受恶劣的气动热环境;另一方面,热防护材料与结构还要在承载的同时尽可能降低质量以提高飞行器有效载荷。因此,需要研发兼具耐高温、轻量化、承载特性的热防护结构。本文首先综述了C/SiC陶瓷基复合材料轻量化点阵结构及其制造方法,对其在室温、高温环境下的力学行为与传热行为的研究现状进行了总结,并具体讨论了基于C/SiC陶瓷基复合材料轻量化点阵结构的耐高温、轻量化、承载、一体化热防护结构研究进展情况。最后,在新设计理论与方法、新制造技术、服役特性、多功能一体化设计与实现四个方面对面向一体化热防护的陶瓷基复合材料轻量化结构的研究挑战进行了展望。本文为高超声速飞行器新型热防护结构的发展提供一定借鉴与思考。

关键词： C/SiC陶瓷基复合材料轻量化点阵结构力学行为传热行为一体化热防护结构

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舱内爆炸准静态压力形成机理的研究

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中国造船 2020年第2期61卷 28-34页

作者：李营张磊杜志鹏任宪奔张小强方岱宁北京理工大学先进结构技术研究院轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 海军研究院北京100161

舱内爆炸准静态压力载荷是反舰导弹半穿甲战斗部最重要的破坏载荷之一。基于炸药爆炸过程中的化学反应过程和状态方程开展了准静态压力的理论分析与预测,并通过模型试验验证预测公式的正确性,讨论了在有无氧气环境下的准静态压力。研究... 详细信息

舱内爆炸准静态压力载荷是反舰导弹半穿甲战斗部最重要的破坏载荷之一。基于炸药爆炸过程中的化学反应过程和状态方程开展了准静态压力的理论分析与预测,并通过模型试验验证预测公式的正确性,讨论了在有无氧气环境下的准静态压力。研究结果表明:(1)舱内爆炸与自由场爆炸有较大的不同,除了多次反射的冲击波外,还存在准静态压力;(2)基于状态方程提出的准静态压力计算方法具有一定的预测能力;(3)需要氧气支撑的后续燃烧效应对准静态压力的形成至关重要。研究结果能为舱内爆炸作用下的舱室毁伤防护机理的揭示和防护设计提供有效支撑。

关键词：反舰导弹舱内爆炸准静态压力后续燃烧

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复合材料双向波纹夹层结构力学性能

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复合材料学报 2021年第11期38卷 3661-3671页

作者：周磊姚凯李会民陈明继方岱宁北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 北京理工大学轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081 北京交通大学土木建筑工程学院北京100081

为改进传统单向波纹夹层结构横向力学性能较差的缺点,设计了一种新型复合材料双向波纹夹层结构。考虑复合材料双向夹层结构制备困难,研究了整套真空辅助成型工艺(VARI)工艺制备方案,实现双向波纹夹层结构的高效制备,以满足工程应用的需... 详细信息

为改进传统单向波纹夹层结构横向力学性能较差的缺点,设计了一种新型复合材料双向波纹夹层结构。考虑复合材料双向夹层结构制备困难,研究了整套真空辅助成型工艺(VARI)工艺制备方案,实现双向波纹夹层结构的高效制备,以满足工程应用的需要。对制备出的复合材料双向波纹夹层结构与单向波纹夹层结构分别进行面外压缩、弯曲和剪切实验,分析了双向波纹夹层结构在不同载荷下的破坏模式及其失效机制,计算了该结构在不同荷载条件下的强度和模量,并将其与单向波纹夹层结构进行对比分析。结果表明,在压缩荷载作用下,玻璃纤维/环氧树脂芯子为主要承载部分,结构的失效主要体现在芯子的屈曲、断裂和分层;在弯曲荷载的作用下,由于纤维的抗压强度远小于抗拉强度,所以压头下方的上面板最先达到破坏荷载,结构的弯曲失效形式主要为上面板的断裂和脱粘;结构的剪切失效主要以泡沫与面板的脱粘和压溃为主,芯子和面板未见明显的破坏现象;与单向波纹夹层结构相比,双向波纹夹层结构力学性能显著提升。

关键词：复合材料双向波纹夹层结构制备工艺压缩弯曲剪切力学性能

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舰船结构舱内爆炸毁伤与防护研究进展

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中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第12期51卷 3-22页

作者：任宪奔江鹏李营方岱宁北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学先进结构技术研究院轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081

舰艇是海军赖以生存和打击敌军的平台,也是发生海上战争时敌军的主要攻击对象.反舰导弹是舰艇面临的主要威胁之一,其主要攻击模式是侵彻舰船甲板或舷侧外板进入舰船内部发生爆炸.本文将舰船结构舱内爆炸毁伤与防护研究分为载荷特性、结... 详细信息

舰艇是海军赖以生存和打击敌军的平台,也是发生海上战争时敌军的主要攻击对象.反舰导弹是舰艇面临的主要威胁之一,其主要攻击模式是侵彻舰船甲板或舷侧外板进入舰船内部发生爆炸.本文将舰船结构舱内爆炸毁伤与防护研究分为载荷特性、结构响应和防护技术三个方面,分别论述了其研究进展.首先介绍了舱内爆炸的载荷特性,其次分析了舰船结构的毁伤效应,然后总结了防护技术的研究现状,最后对未来的研究工作提出一些建议.

关键词：舰艇结构舱内爆炸毁伤特性防护技术

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舱内爆炸作用下舰船舱壁失效机理与抗破损设计

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中国造船 2019年第3期60卷 27-34页

作者：李营张磊杜志鹏* 周心桃肖登宝任宪奔方岱宁北京理工大学先进结构技术研究院轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 海军研究院北京100161 中国舰船设计研究中心武汉430064

水密舱壁破损是反舰导弹舱内爆炸作用下舰艇多舱进水沉没的重要原因。开展了舱内爆炸作用下方形板的失效模式的试验研究,进行了数值仿真分析,结合应力状态、应力变化和塑性变形特性分析了有无变形协调装置时舱壁的失效机理,在不明显增... 详细信息

水密舱壁破损是反舰导弹舱内爆炸作用下舰艇多舱进水沉没的重要原因。开展了舱内爆炸作用下方形板的失效模式的试验研究,进行了数值仿真分析,结合应力状态、应力变化和塑性变形特性分析了有无变形协调装置时舱壁的失效机理,在不明显增加结构重量的前提下提出了一种基于变形协调机制的高性能抗破损设计,讨论了不同半径的变形协调装置对舱壁抗破损能力的增强作用,结合梁变形理论分析了边缘破损的主要机制。研究结果表明:(1)边缘拉伸失效是舱内爆炸作用下舱壁的主要破坏模式;(2)设置边缘变形协调装置能有效提高舱壁在准静态气压作用下的抗破损能力;(3)提高变形协调装置半径能有效降低最大塑性变形并调整塑性变形集中区域的分布;(4)边缘变形协调装置提高舱壁抗破损能力的主要原因是提高了边缘的曲率变形,降低了局部弯曲正应力。

关键词：失效模式舱内爆炸抗爆性能水密舱壁变形协调装置

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改变应力状态的抗内爆炸舱壁

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船舶力学 2020年第9期24卷 1151-1157页

作者：李营张磊杜志鹏周心桃肖登宝方岱宁北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学先进结构技术研究院轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室北京100081 海军研究院北京100161 中国舰船设计研究中心武汉430064

舱壁损毁是舱内爆炸破坏范围增大的重要前提。本文根据缩比模型实验结果划分了舱内爆炸作用下的舱壁破坏模式,采用考虑应变率效应的Cowper-Symonds本构关系建立了舱壁结构有限元模型,分析了其在内爆炸作用下舱壁变形的主要过程,对比了... 详细信息

舱壁损毁是舱内爆炸破坏范围增大的重要前提。本文根据缩比模型实验结果划分了舱内爆炸作用下的舱壁破坏模式,采用考虑应变率效应的Cowper-Symonds本构关系建立了舱壁结构有限元模型,分析了其在内爆炸作用下舱壁变形的主要过程,对比了有无弧形边界过度时舱壁的变形、塑性变形及应力状态,讨论了新型舱壁抗爆炸破损的主要机理。研究表明:(1)舱内爆炸作用下舱壁结构有大塑性变形、边缘撕裂、整体倾覆和整体吹飞等4种破坏模式;(2)新型舱壁能有效提高舱壁的抗破损能力;(3)提高抗破损能力的机理主要有两个,分别为降低局部塑性变形和剪切应力、通过改变应力状态提高材料的临界失效应变。

关键词：应力状态反舰导弹舱内爆炸舱壁准静态压力空中爆炸

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