拓扑互锁结构研究现状及展望

拓扑互锁是一种新兴的结构设计理念,因特别的构成和连接方式,具有较优的力学性能,包括杰出的结构韧性、抗裂纹延展及抗局部破坏能力、较好的能量吸收能力等,近年来在众多领域内引起广泛关注。很多学者对此展开多方面的创新研究,取得了很大进展。首先在性能特征方面,目前关于拓扑互锁材料在准静态变形过程中的力学性能的分析研究已经较为全面,结构动态响应的分析也已有所开展;基于力学性能的研究,材料结构优化是近年研究的一个重点、正在系统化地完善之中;在工程应用方面,拓扑互锁结构在工程防护、航天材料、建筑设计、新型材料等一些领域都有应用研究,而且近年呈现出多元化、新颖有趣的趋势。本研究从拓扑互锁结构的优势特点、结构类型和应用等几个方面介绍近年来拓扑互锁结构国内外研究的进展及现状;在分析研究现状的基础上,也对拓扑互锁结构的未来发展趋势及可能拓展的工程应用进行了展望。

拓扑互锁结构冲击防护研究及优化设计

拓扑互锁结构是一种通过具有特殊形状的元素(块)彼此啮合拼接组成的整体结构,具有很好的增韧和抗冲击特性.目前对拓扑互锁结构的静荷载分析研究逐渐成熟,而对冲击条件下结构的强度、稳定性等性能分析以及对结构吸能性能的定量分析尚有发展空间;另外,对影响拓扑互锁结构力学性能的因素、结构设计优化等研究也有待完善.本文选择四面体元素拓扑互锁结构,通过ABAQUS有限元仿真软件对其进行冲击试验仿真,得出拓扑互锁结构在冲击作用下的变形机制,探索了元素互锁角度、元素间摩擦对冲击性能的影响;指出结构被冲穿的决定因素为冲击能量而非冲击速度;最后研究了局部榫卯对结构力学性能的影响.结果验证了拓扑互锁结构较好的缓冲吸能特性,同时表明拓扑互锁结构的力学性能是各个因素综合作用的结果,实际应用中可以根据使用场景和功能需求等对拓扑互锁元素进行调整优化.

云聊“力”为何物

最近在微信群中有人提出物理中的"力"是否与力学中"力"的概念不一样的问题。我们一些朋友在家工作,通过网络对力的定义、测量和作用等共同感兴趣的几个问题作了一番云中群聊。1关于力的定义习:我们当力学教师的几乎每堂课都会提到"力",每个课题都会用到"力",但是"力"这个词粗看起来很熟悉,细琢磨起来往往还感到有几分模糊。

软基体混合胞孔材料的力学性能及抗多次冲击性能

为了探索具有优异吸能性能的软基体混合胞孔材料的力学性能,研究该类材料在多次冲击下的冲击响应和材料的可恢复性,对一种软基体混合胞孔材料—人工软骨仿生超材料(artificial cartilage foam,ACF)进行了不同速度下的单轴拉伸和压缩实验,得到了ACF材料在不同应变率条件下的应力-应变曲线。并利用落锤冲击实验机对ACF材料和另一种软基体混合胞孔材料—发泡聚丙烯材料(expanded polypropylene,EPP)进行了多次冲击下的对比测试,得到了2种材料在单次和多次冲击下的动力学响应。实验结果表明:ACF材料是一种应变率敏感的材料,随着应变率的提升,材料的弹性模量、抗拉强度和抗压强度均逐渐提高;在50 J冲击能量作用下,ACF材料能够吸收96%以上的冲击能量,远高于EPP材料的70%,ACF材料具有更加优异的吸能性能;5次冲击后ACF材料的最大峰值力、最大变形量和吸能能力几乎不变。相比于EPP材料,ACF材料有良好的可恢复性,且具有稳定的多次抗冲击能力。这些研究为软基体混合胞孔材料在多次冲击防护中的应用提供了实验依据。

泡沫金属中高速拉伸的试验数据处理与材料力学性能测量

泡沫金属中高应变率(0.02~100s-1)的拉伸试验多由伺服液压控制的高速拉伸试验机来完成,然而,对伺服液压高速试验机进行数据处理时,存在两个问题使得测量结果不可靠:一是荷载较小,使得拉伸荷载信号与若干噪声信号量级相同,难以确定拉伸的起始点;二是夹具滑移等现象使得测量位移数值明显大于试件变形产生的真实位移。为了克服荷载和位移在测量方面的困难,本文结合高速摄像机测量及数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术,分析了泡沫铝拉伸行为,提出用DIC技术测量得到的加载端加速度峰值来确定材料破坏应变的观点,从而可以综合DIC技术获得的加速度数据和荷载数据,确定荷载的起始点,有效地得到泡沫金属拉伸应力应变关系以及弹性模量和破坏强度等参数。

锂离子电池的PP隔膜平面各向异性性能研究

隔膜在锂电池中起着重要作用,一是隔离正级和负极,二是构建锂离子迁移通道。目前锂电池有限元模型大部分采用均质化模型,导致锂电池的内短路失效时的计算结果不准确;少部分采用精细化模型,由于各向异性隔膜的基本力学参数不准确,限制了锂电池精细有限元模型的建立。本文采用数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC),通过不同方向单轴拉伸实验表征了聚丙烯(PP)隔膜不同方向的弹性模量、泊松比、塑性应变比、屈服准则等关键力学参数,结果表明隔膜具有高度的各向异性,文中还给出了隔膜纤维方向拉伸曲线存在两个屈服点的原因。本文获得的隔膜关键力学参数可为以后构建精细化锂电池模型的仿真提供理论基础,对其他各向异性薄膜材料的研究也有一定的参考价值。

Linkage analysis on chromosome 2 in essential hypotension pedigrees

It is a new approach to study the important genes related to the control of blood pressure by probing into hypotension and hypertension at the same time. Genome scanning on whole chromosome 2 in 8 hypotension pedigrees has been done and parameter (LOD score) and non-parameter (NPL score) were used in the linkage analysis by GENEHUNTER software. The results show the evidence of linkage between D2S112 and D2S117, indicating a number of critical genes may lie in this region and contribute to the mechanism of blood pressure regulation. Also this region has been found in the previous study in hypertension pedigrees. These genes may play an important role in the regulation of blood pressure and can also be the important candidate genes in hypertension studies.