具有负泊松比效应蜂窝材料的面内冲击动力学性能

基于显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA,研究了面内冲击作用下具有负泊松比效应蜂窝材料的动态冲击性能。在保证胞元壁长和壁厚不变的前提下,通过改变胞元扩张角,建立了内凹六边形蜂窝模型。具体讨论了胞元扩张角和冲击速度对蜂窝材料面内冲击变形和能量吸收能力的影响。研究发现,在冲击载荷作用下,内凹蜂窝材料的面内冲击性能依赖于胞元扩张角。胞元扩张角的绝对值越大,冲击端的平台应力越高。随着冲击速度的提高,蜂窝材料表现出更强的能量吸收能力。

第十八届美国理论与应用力学大会总结

1会议概况2018年6月5—9日，第18届美国理论与应用力学大会(18th U.S.National Congress of Theoretical and Applied Mechanics,USNCTAM2018)在美国芝加哥召开.本次大会由美国力学国家委员会和中国力学学会联合主办，旨在探讨和交流近四年世界范围内在理论和应用力学领域的基础研究、创新技术的最新进展，吸引了来自世界各地的近千名专家学者参会，其中近300人来自中国.本次会议分为固体力学、流体力学、计算力学、生物力学和动力学与控制五大专题，并增设了博士与博士后职业发展研讨会和女性研究人员社交活动.大会由美国塔夫斯大学曲建民教授、美国西北大学Wing Kam Liu教授、浙江大学杨卫院士(中国力学学会理事长)和北京理工大学方岱宁院士(中国力学学会副理事长)担任共同主席.本次大会展现了中国科学研究在力学领域的雄厚力量，多数学者报告了近两年在国际前沿方向的研究成果.

列车外圆弹簧疲劳损伤的非线性超声测试

进行了列车外圆弹簧在疲劳载荷作用下所产生损伤的非线性超声测试。对列车外圆弹簧进行疲劳加载,利用专门的非线性超声测试系统激发和接收透过弹簧的超声纵波。在相应的信号处理后,建立了声学非线性系数与弹簧疲劳次数之间的关系。实验结果表明,当疲劳次数小于150万次时,由于弹簧材料内部位错、滑移带等微观缺陷还没有形成足以产生显著非线性的积累,该非线性系数增长不明显;当疲劳次数达到150万次至300万次之间的疲劳响应期时,非线性系数增加明显,表明弹簧材料的内部损伤快速增加;当疲劳次数超过300万次时,弹簧材料的内部损伤积累速度减缓,非线性系数增加放缓。该研究表明列车外圆弹簧的疲劳损伤程度与其声学非线性系数直接相关,利用该方法可以为材料和结构早期力学性能退化的检测和评价提供一种有效的途径。

金属磁记忆检测法研究进展

金属磁记忆法不仅可以实现传统无损检测技术对宏观裂纹的测定,而且可以确定由于应力集中造成的损伤,进而实现对结构剩余寿命的评估。该方法具有检测设备轻便、操作过程简单以及缺陷识别判据直观等优点,易于工程应用。但作为一种新型无损检测技术,其测试原理的理论物理模型、测试结果的可靠性和定量化、测试信息的有效利用性等方面还存在许多争议和不确定之处。在简单介绍其测试原理基础上,列举了一些典型工程应用实例,并就该方法存在的问题和未来发展方向进行了探讨。

中国学者与IUTAM和中国申办ICTAM的历程

国际理论与应用力学联合会（International Union of Theoretical and Applied Mechanics，IU—TAMl是国际力学界最具权威的非政府学术组织，是国际科学理事会（International CouncilforSci．ence，ICSU；国科联）的国际科学联合会成员（Scientific Union）．国际理论与应用力学联合会的会员（Adhering Organization）由代表国家级的相关组织或学会组成．经国务院和中国科协批准，1980年中国力学学会正式向IUTAM提出申请，并被IUTAM接纳成为该组织的国家会员．

密度梯度蜂窝材料动力学性能研究

利用显式动力有限元方法数值研究了具有密度梯度六边形蜂窝材料的面内冲击动力学性能。根据功能梯度材料的概念,首先建立了具有密度梯度的蜂窝材料模型。基于此模型,具体讨论了密度梯度和冲击速度对六边形蜂窝材料变形模式和能量吸收性能的影响。研究结果表明,通过恰当地选择蜂窝材料的密度梯度,初始应力峰值明显减小,材料的能量吸收能力能够有效地得到控制。此结论为实现多胞材料动力学性能的多目标优化设计提供了新的设计思路。

集中缺陷对蜂窝材料面内动力学性能的影响

利用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA数值研究了三角形和四边形蜂窝材料中集中缺陷对其面内冲击性能的影响。研究结果表明,对于集中缺陷,除了缺陷率,缺陷集中区域的位置也是材料设计中需要考虑的重要指标。随着缺陷率的增加,蜂窝材料的平台应力和能量吸收能力迅速降低,但随着冲击速度的增加,缺陷的影响逐渐减弱。缺陷集中区域的位置对材料的动力学响应有较大影响,而三角形蜂窝表现出更强的敏感性。此结论将为多孔材料的动力学优化设计提供了理论指导。

梯度分布对密度梯度金属空心球阵列动力学性能的影响

梯度及梯度排布是密度梯度多孔材料设计中的关键性问题。该文基于分层梯度金属空心球阵列模型,重点讨论了不同冲击速度下,梯度分布对金属空心球阵列动力学性能的影响。研究结果表明:在低速冲击下,梯度金属空心球阵列的动力学响应只取决于梯度的大小而不敏感于梯度的空间分布;而在中高速冲击下,梯度金属空心球阵列的动力响应不仅取决于梯度的大小,而且必须考虑梯度的空间分布。一定冲击速度下,梯度分布决定了材料内部的应力分布和材料的能量吸收过程,但吸收的总能量由材料的相对密度决定。考虑到对被冲击防护结构的保护,从冲击端高密度向远端低密度的梯度分布更有优势。该文的结论为实现多孔材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供了新的设计思路。

软硬交错金属空心球泡沫动力学性能研究

通过控制点阵结构中不同阵点位置空心球的软硬程度建立了交错金属空心球泡沫模型。在此基础上,对比研究了不同冲击条件下,均匀和各种交错金属空心球泡沫的动力学响应特性。重点分析了软硬空心球排布方式对金属空心球泡沫动力学性能的影响。研究结果表明,通过对软硬空心球排布方式的控制,材料可以在一定范围内根据外载条件进行自主调节,以控制金属空心球泡沫内的应力分布,提高了金属空心球泡沫的能量吸收效率。软硬交错空心球模型的建立为实现金属空心球泡沫的自适应设计提供了新的思路。

金属磁记忆技术的数值研究

金属磁记忆方法能够有效评估材料及在役设备的早期损伤,并已在工程中得到部分应用,但目前尚缺乏建立该方法磁记忆信号与应力状态之间的定量物理关系。该文运用数值分析方法,考虑应力集中处的磁导率的变化分布规律,确定其表面漏磁场,较为系统地分析了应力集中宽度、埋深位置以及传感器提离值等对漏磁信号幅值和作用范围的影响关系。相关结果对金属磁记忆技术的定量化研究具有重要意义。

金属磁记忆检测技术研究进展及若干讨论

金属磁记忆是近年来发展起来的一种新的磁无损检测方法,可以实现对工业中大量使用的铁磁材料和铁磁结构早期损伤实现有效诊断。但由于其发展历史较短、理论模型缺乏、实验干扰因素较多,目前还限于机理性探讨和仅能提供定性化测试结果。结合本课题组研究成果及其他学者的相关报道,本文对近年来本领域研究成果进行综述性评价。内容涉及基本判据建立、漏磁表征参数确定、实验测试数据的有效性及影响因素、理论物理模型建立等方面。最后,对该方法今后研究趋势作了展望。

组合蜂窝材料面内冲击性能的研究

基于三角形和六边形蜂窝结构面内冲击性能的研究,该文探讨了面内冲击荷载作用下组合Kagome蜂窝结构的变形机制和能量吸收特性。首先,在保证蜂窝结构胞元厚度与边长尺寸比值不变的前提下,分析了不同形状胞元及其组合结构的动态冲击性能,给出了试件宏观及微观胞元结构的动态演化过程。在此基础上,探讨了冲击速度和相对密度一定情况下单位质量不同蜂窝结构的能量吸收特性。其结论将对蜂窝材料微拓扑结构的动力学优化设计提供指导。