基于十四面体模型的开孔泡沫材料弹性模量的有限元分析

利用十四面体模型描述开孔泡沫材料的胞体结构,并用有限元方法确定开孔泡沫材料的弹性模量。计算中使用相同尺寸的十四面体胞体模型,并考虑两种不同支柱截面(圆截面和Plateau截面)形状对弹性模量计算的影响。此外,通过数值方法研究开孔泡沫材料的弹性模量随模型尺寸的变化规律。同时,讨论边界条件处理对开孔泡沫材料弹性模量计算的影响。结果表明,支柱为Plateau截面形状的模型,其弹性模量明显高于具有圆截面支柱模型的结果,且两种模型的弹性模量均随模型尺度的增加而增加,最终趋于一个稳定值,并与Warren和Kraynik的理论预测较为一致。此外,边界条件对模型刚度的影响随着模型尺度的增加而逐渐减小。

多孔金属结合剂金刚石砂轮节块的有限元分析

利用十四面体模型描述开孔金属结合剂金刚石砂轮胎体的胞体结构,并用有限元方法确定材料的弹性模量,进而将金刚石以增强颗粒的形式加入胎体材料中,形成开孔结构的金属结合剂金刚石砂轮节块的有限元模型。数值分析了以金刚石为增强颗粒的多孔金属结合剂复合材料在横向剪切载荷下的应力情况。结果表明,多孔金属结合剂金刚石砂轮节块在承受横向剪切载荷下,最大应力发生在胎体上,这与试验中节块断裂往往出现在胎体中孔的棱边上相一致。

角质层渗透性质的三维数值模拟

目的从数值模拟的角度研究药物渗透皮肤角质层的过程,为实际的药物工作者提供理论上的指导和帮助。方法用有限元方法离散偏微分方程的差分格式,将角质层的角蛋白细胞近似为物理学上经典的由6个四边形和8个六边形围成的三维十四面体结构,同时将角蛋白细胞间的脂质体视为十四面体结构的一部分,离散其相应的单元网格。结果得到了药物渗透皮肤角质层的三维数值模拟,并给出了模拟过程中浓度和速度变化的可视化效果示意图。结论本文所采用的几何模型与实际的生理结构模型非常接近,数值模拟结果证明这一方法对实际工作有参考意义。

闭孔泡沫铝准静态压剪性能研究

通过添加斜端面垫块和长方体套筒,利用材料试验机对闭孔泡沫铝进行准静态下的压剪复合加载实验。改变斜端面垫块的角度,得到泡沫铝在不同压剪加载路径下的力学性能。对试样进行受力分析,得到泡沫铝在压剪空间的屈服面。同时采用有限元软件LS-DYNA对闭孔泡沫铝的压剪加载过程进行数值模拟,仿真屈服面与实验屈服面吻合较好。仿真研究表明,密度相同的泡沫铝,在一定孔径范围内,胞孔尺寸越大,屈服应力越大,泡沫铝的承载能力越好。

微孔结构对PMI泡沫准静态压缩性能的影响

基于BBC点集建立了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)闭孔泡沫的Kelvin十四面体模型和Laguerre模型,并采用有限元方法研究了其在准静态载荷作用下的压缩性能。分析了孔径大小、泡孔体积离散系数对压缩弹性模量、初始峰值应力和能量吸收能力的影响。结果表明:Kelvin十四面体模型可以较好地预测PMI泡沫的压缩弹性模量和峰值应力;在相同相对密度条件下,小孔径泡沫的初始峰值应力和能量吸收能力均高于大孔径泡沫,而压缩弹性模量则低于大孔径泡沫;随着泡孔体积离散系数的增大,闭孔PMI泡沫压缩弹性模量、初始峰值应力和能量吸收能力均减小。

泡沫金属有效导热系数的数学模型

通过修正Kelvin提出的十四面三维结构作为金属泡沫的几何模型,利用数值求解几何模型内的稳态傅里叶导热方程,文中提出了泡沫金属的有效导热系数的数学模型.首先,利用实验数据修正了十四面体节点与骨架半径随孔隙率的变化关系.然后,把泡沫金属分成4层,利用数值模拟确定了每层有效导热系数的计算式.最后,基于Fourier定律,建立了泡沫金属的有效导热系数.研究结果表明:文中提出的模型计算泡沫金属有效导热系数与实验值的误差都在±10%之内.本文的研究结果,对于泡沫金属的热力设计和应用具有很好的指导意义.

具有开孔泡沫骨架的双连续相复合材料弹性模量的理论预测

基于具有开孔泡沫骨架的双连续相复合材料(IPC)的细观结构,提出了一种十四面体弹性地基梁力学模型,结合最小势能原理推导了该IPC的弹性模量预测公式。根据文献给出的实验材料参数进行算例分析,结果表明,理论估算结果与实验值吻合良好,证明了该模型的有效性。在此基础上,进一步讨论了不同骨架材料体积含量和支柱截面形状对IPC弹性模量的影响。本文给出的半经验理论模型为表征具有开孔泡沫骨架的IPC的弹性性能提供了新思路,也为进一步预测IPC的强度性能和热物理性能奠定了基础。