Fabrication of micro-honeycomb ceramics by cloth fabric pore-forming

Micro-honeycomb ceramics were successfully fabricated through brush-coating with cloth fabric as pore-forming agent. The influence of pore-forming agent and slurry’s moisture content on the micro-honeycomb ceramics was investigated. The results indicated that micro-honeycomb ceramics made from pore-forming agent cloth fabric with fibre diameter of 100 μm and slurry with 45% （mass fraction） moisture content have the porosity of 65% （volume fraction）, bending strength of 24.3 MPa, pore size of about 100 μm, cell wall thickness of about 50 μm and porosity of 1131 pore/cm2. It was suggested that the pore size and the porosity could be adjusted using the pore-forming agent and moisture content of the slurry respectively.

内置亥姆霍兹谐振器阵列的蜂窝微穿孔吸声体设计及性能分析

蜂窝微穿孔结构广泛用于吸声降噪领域,因此必须有良好的宽频带吸声降噪的性能使用要求。为弥补单层微穿孔板结构低频吸声性能的不足,实现中低频宽带降噪,文章在传统的单层微穿孔板结构单元基础上引入了亥姆霍兹谐振器(Helmholtz Resonator,HR)阵列的支撑结构,并基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法对设计的吸声体结构进行吸声性能优化。通过数值分析、有限元仿真和实验测试验证了内置HR阵列的蜂窝微穿孔吸声体的宽频带吸声特性。分析结果表明,内置HR阵列的蜂窝微穿孔吸声体经过优化设计在中低频吸声性能良好,在200~400 Hz频率范围内吸声性能明显改善,在0~1000 Hz频率范围内超过65%吸声效率的带宽占比达到70%以上。

直升机复合材料吸声结构制造技术及性能研究

本文直升机复合材料吸声以单自由度降噪蜂窝夹层结构为研究对象,开展了吸声理论研究,根据直升机舱内噪声特点对微穿孔板孔径、穿孔率等进行结构参数设计。通过微穿孔板制孔技术、热破胶膜制孔技术、胶接技术等制造技术研究,完成复合材料吸声结构试验件制造,验证了微穿孔板和蜂窝热破胶膜制孔效果良好,且破孔率均为100%;采用两种方案进行试验件胶接,胶接后通孔率98%以上,满足预期要求;采用胶接方案1平面拉伸强度更高,更适用于直升机复合材料吸声结构件制造。在入射频率1600-3600 Hz频率段内,该结构的垂直入射吸声系数在0.5以上,说明对直升机主减/发动机舱声场吸声效果较好。研究结果可对未来直升机减振降噪用复合材料构件研制提供有益参考。

考虑高度效应的微纳米蜂窝面内等效剪切模量预测方法

得益于微纳米技术的迅速发展,微纳米蜂窝常被应用于微电机系统中,准确评估微纳米蜂窝的弹性性能对于微电机系统的设计是必要的。当蜂窝结构尺寸进入微纳米尺度后,尺寸效应对其力学响应的影响变得不可忽略,在评价微纳米蜂窝的力学性能时应考虑尺寸效应的影响。提出了一种计及尺寸效应和高度效应的微纳米蜂窝等效剪切模量计算方法,将单参数应变梯度理论引入本构方程,并根据能量均匀化方法推导出等效剪切模量的解析解。算例表明,计算结果高于经典弹性理论结果,与实验观察到的现象一致,有效地显示了尺寸效应。尺寸效应的显著程度受蜂窝芯层高度和几何尺寸的影响,芯层高度更小或几何尺寸更小的微纳米蜂窝表现出更为显著的尺寸效应,尺寸效应的存在导致等效剪切模量对芯层高度的敏感性降低。随着蜂窝几何尺寸的增大,该方法预测的数值逐渐逼近宏观尺度蜂窝等效模量值,且具有良好的普适性,可用于宏观尺度和微纳米尺度蜂窝。

胞元微拓扑结构对蜂窝材料面内冲击性能的影响

研究了面内冲击载荷作用下胞元微拓扑结构对蜂窝材料动态冲击性能的影响。首先,在胞元边长、厚度一致的条件下,讨论了不同形状胞元、以及胞元形状相同但排列方式不同的蜂窝材料的动态冲击性能,并给出了试件及其微结构的动态演化过程。在此基础上,讨论了胞元微观排列方式对蜂窝材料的能量吸收能力的影响。计算结果表明,除了胞元基本结构参数(边长、壁厚等),胞元形状及排布方式也是影响蜂窝材料动态性能的重要因素。由于三角形单胞的稳定性,三角形填充蜂窝材料与四边形填充蜂窝材料相比,表现出更强的能量吸收能力。而交错排布则对应着更加均匀的变形和稳定的平台区。同时,局部拓扑结构的变化,交错排布的试件在冲击压缩的过程中表现出独特的颈缩现象。此结论将为蜂窝材料微结构的动力学优化设计提供指导和依据。

基于应变梯度理论的微尺度蜂窝等效模量计算方法

本文提出了一种新的能够计及尺度效应的微纳米蜂窝等效模量的计算方法。将一种单参数应变梯度理论引入到本构方程当中,并基于能量等效原理推导了蜂窝面内等效模量地计算公式。算例分析表明,本文方法能够有效地计及尺度效应对蜂窝等效模量的影响。尺度效应与胞壁厚度和长度的值都有关,当胞壁厚度较小时,尺度效应显著,本文方法预测的模量会明显高于传统方法;而当胞壁厚度较大时,尺度效应变得微弱乃至可以忽略不计。但如果胞壁的长度/厚度比很大,则面内等效模量会趋近于0,此时是否考虑尺度效应意义不大。

陶瓷生物膜工艺处理城市污水中COD和氨氮

应用新型蜂窝陶瓷生物反应器处理市政污水并对其重新启动特性进行了研究。试验结果表明,在重新启动情况下,系统COD的去除率能在1d之内恢复,COD的去除率为49.7%～65.1%;接种相同水质、不同工艺内的硝化污泥能使蜂窝陶瓷反应器在24h内快速提升氨氮处理效果,使氨氮去除率从5.0%提高到85.7%,接种污泥中硝化菌是氨氮去除率快速增加的重要原因。

蜂窝状点坑数控恒力进给成型机的研制

提出了将镗孔和蜂窝状点坑加工复合在同一道工序、同一台设备上的设计思想 ,形成了摩擦副工作表面蜂窝状点坑数控恒力进给成型机的概念 ,并已研制成功 ,为蜂窝状点坑节能气缸套的大批量、经济性生产打下了基础。

微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料吸声行为

民用及国防工业领域对工程材料结构提出了更高的应用需求.单一材料结构越来越难以满足实际应用需求,通过人工复合结构实现超常单一及多物理性能的超材料设计已经成为材料结构应用的重要发展方向.本文基于传统的蜂窝夹层结构,在其内部引入波纹结构,并在面板和波纹上分别进行微穿孔形成微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料,在其优异力学承载基础上,实现了低频段的宽频有效吸声降噪.应用微穿孔板吸声理论和声阻抗串并联理论,建立了微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料的吸声理论模型;发展了考虑黏热效应的声传播有限元模型,通过数值模拟验证了理论模型的准确性,并数值计算了声波在超材料微结构内的黏热能量耗散分布,发现超材料能量耗散主要集中于微穿孔处的黏性边界层;进一步开展了超材料吸声参数和尺度设计参数的分析讨论,阐明了不同尺度设计参数对超材料吸声性能的影响规律.本文工作对兼具力学承载与吸声降噪的新型材料结构设计有重要的理论指导价值.

一种煤矿井下定向钻进循环用水工艺

近年来,定向钻进工艺以其钻孔深度深、钻孔精度高、轨迹可控等优势在煤矿安全及地质勘探领域都得到了较大的推广和应用,但该项工艺技术依然存在耗水量大、定向钻进成本高等问题。通过对钻屑颗粒的大小及分布规律进行分析,研究了一种适用于煤矿井下的定向钻进循环用水工艺,并在寺河煤矿井下了工业性试验。试验表明,该套工艺实现了水平定向钻进循环用水,大大降低了定向钻进成本。

壁流蜂窝式微填充床制备及变压吸附中的应用

针对普通固定吸附床压降较大,吸附剂利用效率较低的问题,以壁流式蜂窝陶瓷为基础,制备新型的微填充吸附床.研究该装置的压降、流体分布等流动特性,将壁流式蜂窝陶瓷微填充吸附床应用于变压吸附脱碳过程.实验表明,壁流蜂窝式微填充床的压降极低,流体分配平均,填充层内各处的吸附负荷均匀.通过变压吸附实验研究混合气体CO2-N2体系下吸附床的动态吸附性能,考察压力、浓度和流量对穿透曲线的影响,研究吸附剂再生以及连续变压吸附操作对床层吸附容量的影响规律,实验数据与所建立的微填充床数学模型符合良好.实验和模拟结果表明,该壁流蜂窝式微填充床是一个较理想的吸附床几何构型.

蜂窝微穿孔结构的宽频吸声优化设计与分析

单层微穿孔板结构有着吸声频带较窄、吸声性能不佳等缺点。为提高单层微穿孔板结构的降噪效果,依据微穿孔板结构的背腔高度改变时,结构的共振频率会发生移动的特点,结合声电类比原理和粒子群优化算法,从理论模型、仿真计算以及试验测试三方面设计分析了一种拥有宽频高吸声性能的单层蜂窝微穿孔结构,并且从结构相对声阻抗率的实部和虚部入手,对利用不等腔深提高结构吸声性能的原理进行了分析。研究结果表明:结构在1140~3000 Hz内的吸声系数均在0.9以上,验证了利用粒子群优化算法设计宽频吸声体的可行性。

蜂窝形抗冲击MEMS止挡结构的抗冲击仿真与试验研究

为了提高微机电系统(MEMS)器件的抗冲击能力,提出了一种蜂窝形MEMS止挡结构。设计了由两层不同孔径的蜂窝孔构成的蜂窝形MEMS止挡结构,并分析建立了简化数学模型,说明了通过改变蜂窝孔径可以实现止挡结构刚度的调节。基于典型的中间质量块的双端固支梁微结构,设计了相应的蜂窝形止挡测试结构,并在ANSYS仿真软件中进行了冲击仿真计算。采用机械冲击台和霍普金森杆对实际加工出的测试结构进行了冲击验证试验。试验结果表明:设计有蜂窝形止挡结构的中间质量块的双端固支梁MEMS结构可以承受至少3.2万g冲击。采用蜂窝形止挡设计,避免了弹性梁式止挡结构的应力集中问题,提高了MEMS结构的抗冲击能力。

微尺度蜂窝芯层的等效面内弹性参数研究

针对微尺度蜂窝芯层,建立了芯层Y模型并对其进行了受力分析。基于最小势能原理推导出了各胞壁的控制方程及边界条件。基于修正偶应力理论得到Y模型的变形能,其包含一个尺度参数,可反映材料的尺度效应。通过应变能等效得到微尺度蜂窝芯层等效面内弹性参数。以钛蜂窝芯层为例,比较宏微观模型结果。结果表明微尺度正六边形蜂窝的弹性模量在面内具有各向同性,较宏观有更大刚度。

嵌入局域共振单元宽频减振降噪蜂窝夹层结构研究进展

针对传统蜂窝夹层结构对中低、低频声波的作用效果较差的问题,近年来将传统蜂窝夹层结构与局域共振机理相结合,开发出了嵌入局域共振单元具有宽频减振降噪能力的新型蜂窝夹层结构。该结构在利用空气介质产生声热转换和粘滞耗散外,同时利用局域共振单元的共振吸声机理对低频声波进行衰减。同时,当在局域共振单元上引入微孔后,其在中、低频段声学性能进一步提高;该微孔薄膜与蜂窝芯密闭腔体将构成亥姆霍兹共振吸声器对低频声波进一步进行吸收。嵌入局域共振单元的蜂窝夹层结构具有优异的宽频声学性能,其在武器装备上具有广泛的应用前景。

负泊松比内凹环形蜂窝结构的冲击响应特性研究

为了降低最大峰值应力和维持良好的冲击载荷一致性,在内凹六边形蜂窝(CHH)的基础上,基于机械超材料的设计理念,提出了一种新型负泊松比内凹环形蜂窝(RCH)结构模型。利用显式动力有限元方法,研究了面内冲击载荷作用下胞元微结构对该内凹环形蜂窝材料的变形行为、动态冲击应力和能量吸收特性的影响。研究结果表明:除了冲击速度和相对密度,内凹环形蜂窝结构的冲击动力学响应还依赖于胞元微结构;在中低速冲击作用下,内凹环形蜂窝亦表现出明显的负泊松比效应;与传统内凹六边形蜂窝不同,在相同冲击速度下,内凹环形蜂窝的最大峰值应力明显降低,并且具有良好的冲击载荷一致性;基于一维冲击波理论,还给出了内凹环形蜂窝材料的动态平台应力经验公式,理论计算结果和有限元结果吻合较好。

基于流态改进的仓式微电解反应器处理油田废水研究

针对传统型Fe-C微电解反应器(1~#)易堵塞、易短流的缺点,设计了改进型仓式微电解反应器(2~#),并比较了两种反应器对胜利油田某采油厂废水的处理效果。结果表明,在pH值为4、进水流速为0.2m/s、反应区高度为40cm、进水COD值为480mg/L的条件下,2#和1#最佳反应时间分别为30min和60min,COD去除率分别为86%和70%,浊度去除率分别为98.4%和94%。2~#反应器通过改善流态,增大了废水与电解质材料的接触面积,缩短了水力停留时间,提高了COD和浊度的去除率。某油田的中试结果表明,2#反应器对高浓措施废液悬浮物、黏度、总铁、总硬度平均去除率分别为38.78%～42.31%、12.54%～32.38%、69.23%～71.17%和37.29%～61.76%,较改进前均有较大提高,处理后水质达到该油田采出水回注技术指标要求。

微功率无线通信在农网电能量采集中的优势

从微蜂窝技术的应用增强了微功率电能信息采集的质量以及自组网、自适应网络结构实现了组节点连接的灵活性两方面阐述了微功率无线通信在西北农村地区的优势。同时,结合用电信息采集系统建设过程中发现的问题,对微功率无线通信方式在具体应用中提高采集成功率提出了合理化建议。

蜂窝与微穿孔声学结构研究进展及其在木结构建筑中的应用

声学性能是衡量木结构建筑质量的重要指标之一,也是保障用户居住舒适度的关键因素。主要介绍了国内外蜂窝隔声结构、微穿孔吸声结构和蜂窝与微穿孔复合结构声学性能的相关研究成果,并对其在木结构建筑中的应用进行探讨,以期为今后蜂窝与微穿孔结构的深化研究与木结构建筑声学性能相关的基础应用研究提供理论借鉴。

新型微穿孔铝蜂窝板隔吸声性能仿真与测试

为了降低地铁轮轨噪声对司机室的影响,基于微穿孔理论和实际工程应用,针对地铁常用普通铝蜂窝板重新设计了新型微穿孔铝蜂窝板,以提高隔声和吸声性能。使用LMS Virtual Lab对新型铝蜂窝板模型进行隔声量和吸声系数仿真,通过混响室法测隔声量、驻波管法测吸声系数,将试验与仿真结果进行对比,验证仿真结果的准确性。结果显示,与普通铝蜂窝板相比,两者隔声性能近似,新型铝蜂窝板的计权隔声量为26.8dB,普通铝蜂窝板为27.1dB;新型铝蜂窝板的吸声性能明显提高,降噪系数为0.63,普通铝蜂窝板仅为0.17。由此可知,新型铝蜂窝板的采用极大改善了地铁司机室的声环境。