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墨鱼骨结构的力学行为及其应变率效应

爆炸与冲击 2024年第4期44卷 24-33页

作者：蒋钰婷钟东海方泽辉丁圆圆周风华宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

墨鱼骨是一种墨鱼内部产生的生物矿化壳,通过调节壳内的气液比从而实现墨鱼的深浅浮动,同时满足轻质和高刚度的力学特性,使墨鱼能够很好地适应深海环境,所以墨鱼骨是一种典型的高比刚度的多孔材料。为探究墨鱼骨结构的力学性能,通过Inst... 详细信息

墨鱼骨是一种墨鱼内部产生的生物矿化壳,通过调节壳内的气液比从而实现墨鱼的深浅浮动,同时满足轻质和高刚度的力学特性,使墨鱼能够很好地适应深海环境,所以墨鱼骨是一种典型的高比刚度的多孔材料。为探究墨鱼骨结构的力学性能,通过Instron材料试验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对墨鱼骨在不同加载应变率下的力学行为进行研究。研究结果表明,墨鱼骨在准静态加载下,其应力-应变曲线呈现典型的三阶段变化模式,即弹性段、平台段和压实段,具有很好地吸能缓冲作用;随着加载应变率的提高,墨鱼骨的初始压溃应力和平台应力也随之增加,表明墨鱼骨材料对加载应变率存在很强的敏感性。进一步分析不同生长方向的墨鱼骨在准静态压缩下的力学行为,结果表明随着生长方向的增加,墨鱼骨结构的刚度和吸能性能都得到了弱化,从而揭示了墨鱼骨材料压缩行为的各项异性。

关键词：多孔材料墨鱼骨高比刚度加载应变率吸能特性

天然不含节竹管在轴向压缩冲击载荷下冲击响应与吸能特性的数值分析

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应用力学学报 2024年第3期41卷 629-641页

作者：周盈侠缪馥星徐挺金跃宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室宁波315211

天然不含节竹管在工程中应用较广,研究此类天然薄壁管结构的抗冲击能力具有重要的意义。利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB),研究天然竹管的抗冲击性能并进行有限元分析。在ABAQUS中应用三维Hashin和Puck单向... 详细信息

天然不含节竹管在工程中应用较广,研究此类天然薄壁管结构的抗冲击能力具有重要的意义。利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB),研究天然竹管的抗冲击性能并进行有限元分析。在ABAQUS中应用三维Hashin和Puck单向纤维复合材料失效准则,结合应变率效应对强度的修正建立竹管本构模型,对冲击载荷下的天然不含节竹管进行模拟,得到的动态应力-应变曲线和破坏模式与SHPB实验接近,验证有限元模型的准确性。结果表明:实验与模拟的极限抗压强度误差最小为2.19%、最大为8.68%;在不同的冲击压缩载荷下,竹管出现端面压溃、沿轴向劈裂等破坏形式;竹管外壁节点处的位移、速度和加速度响应均随冲击载荷的增加而增加;随冲击载荷升高,入射能、反射能、吸收能和比吸能随时间均呈上升趋势,透射能随时间变化不大;不含节竹管的峰值载荷远低于薄壁圆管GFRP (glass fiber reinforcement plastic),但比吸能较为接近,说明不含节竹管并不适用于需承受大冲击能量的高速冲击防护领域。初步结果可为竹管用于工程结构防护给予理论参考。

关键词：不含节竹管轴向冲击冲击响应吸能特性有限元分析

退火态增材制造AZ91D镁合金在极端条件下的力学行为

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1268-1284页

作者：甘志鹏涂灿陈剑斌谢超王永刚汪小锋宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室宁波315211 宁波大学附属第一医院宁波315020

本研究使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金(SLM-AZ91D),并对其进行去应力退火处理,采用微观组织表征与力学特性测试研究了退火态SLM-AZ91D镁合金在不同温度与应变速率等极端条件下的力学行为。结果表... 详细信息

本研究使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金(SLM-AZ91D),并对其进行去应力退火处理,采用微观组织表征与力学特性测试研究了退火态SLM-AZ91D镁合金在不同温度与应变速率等极端条件下的力学行为。结果表明:退火态SLM-AZ91D试样中主要包含α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)等相,不同区域的蜂窝结构存在明显差异,平均晶粒尺寸非常细小,仅为1.82μm,无明显织构;相较于打印态试样,退火态试样的平均显微硬度值提升了约26.7%;退火态试样的压缩流变应力在173~293 K时对温度不敏感,而在373~573 K时则表现出显著的温度软化效应;随着温度的升高,流变应力呈现下降趋势。尽管应变速率强化效应较弱,但退火态试样的流变应力仍随着应变速率的增大而逐渐增大。基于实验结果拟合了修正Johnson-Cook本构模型,该模型的计算结果与实验结果吻合较好。

关键词：选区激光熔化 AZ91D镁合金微观组织力学行为修正的Johnson-Cook本构模型

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双内凹负泊松比超结构粘弹性阻尼隔振器研究

机械科学与技术 2024年

作者：李永乐伍章明潘殿坤宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室

为了隔离低频微幅振动，设计了一种粘弹性阻尼隔振器，其由双内凹负泊松比(Negative Poisson’s Ratio，NPR)薄片结构及其内部填充丁基橡胶阻尼材料构成。利用有限元方法分析了双内凹薄片的负泊松比效应和刚度，通过实验对丁基橡胶的超... 详细信息

为了隔离低频微幅振动，设计了一种粘弹性阻尼隔振器，其由双内凹负泊松比(Negative Poisson’s Ratio，NPR)薄片结构及其内部填充丁基橡胶阻尼材料构成。利用有限元方法分析了双内凹薄片的负泊松比效应和刚度，通过实验对丁基橡胶的超弹性和粘弹性特性进行了表征；建立有限元模型分析该负泊松比隔振器的静力学特性，自由振动和受迫振动等动态特性。结果显示，相较于弹簧-阻尼隔振器其共振峰值降低了92.8%，等效阻尼为1600Ns/m，并得到其内凹角度θ和薄片厚度t对振动传递率的影响。搭建了隔振实验测试平台，实验结果与理论和有限元结果吻合较好，从而验证了该隔振器的有效性。

关键词：隔振器粘弹性阻尼负泊松比超结构

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基于分割法的抛物面固面天线热变形抑制

中国空间科学技术（中英文） 2024年第2期44卷 59-67页

作者：楼春钢李昊潘殿坤宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室宁波315211 上海卫星工程研究所上海201109

为满足未来高分辨率微波遥感航天器对于大口径高形面精度的空间可展开天线的需求,提出了一种能有效降低偏馈固面天线在轨因热变形造成形面误差的新方法,即分割法。采用5 m口径的偏馈固面抛物面天线,分析了天线热变形对其电性能尤其是主... 详细信息

为满足未来高分辨率微波遥感航天器对于大口径高形面精度的空间可展开天线的需求,提出了一种能有效降低偏馈固面天线在轨因热变形造成形面误差的新方法,即分割法。采用5 m口径的偏馈固面抛物面天线,分析了天线热变形对其电性能尤其是主波束效率的影响。对连续固面天线六点支撑下不同支撑位置对其热变形的影响进行了研究。在温差为200℃的均匀温度场下,分析了不同形状单胞的形面误差,随后确认采用正六边形作为分割单胞并对其形面误差与尺寸的关系进行了研究。研究了分割单胞的尺寸及排布方式对天线的形面误差及电性能的影响,并验证了分割单胞之间的缝隙对天线电性能的影响,最终确定分割方案。结果显示,分割后天线形面误差从500μm降低至5μm,主波束效率下降值从6.72%下降至1.77%。

关键词：空间可展开天线高形面精度热变形分割法主波束效率

基于固支-简支屈曲梁的旋转驱动双稳态柔顺机构

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机械设计与研究 2024年第2期40卷 105-112页

作者：徐玉龙楼春钢潘殿坤伍章明宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

与传统刚体机构不同,柔顺机构通过构件变形可实现位移和力的传递与转换,这可大大减少摩擦、润滑和装配。由于具有结构简单、变形大、易于加工等特点,双稳态屈曲梁成为常见的柔顺机构设计单元,在能量吸收、软体机器人、能量收集等领域被... 详细信息

与传统刚体机构不同,柔顺机构通过构件变形可实现位移和力的传递与转换,这可大大减少摩擦、润滑和装配。由于具有结构简单、变形大、易于加工等特点,双稳态屈曲梁成为常见的柔顺机构设计单元,在能量吸收、软体机器人、能量收集等领域被广泛应用。以固支-简支双稳态屈曲梁为研究对象,设计一种新型旋转驱动的双稳态柔顺机构。首先,基于能量法建立分析模型,用于分析双稳态屈曲梁在简支端旋转驱动下的跳变特性,预测屈曲梁的力矩-角度曲线和变形过程,并通过有限元模型和实验结果验证了分析模型的有效性;其次,利用分析模型、有限元模型和实验分析了预压缩量和几何参数对于双稳态屈曲梁力矩-角度曲线和最大力矩的影响;最后,基于双稳态屈曲梁的研究结果设计旋转驱动的双稳态柔顺机构并对其跳变行为进行有限元分析和实验验证。

关键词：屈曲梁跳变行为力矩驱动柔顺机构

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人造结石的静动态巴西劈裂试验研究

高压物理学报 2024年

作者：顾春苗刘冠琳周风华李科斌宁波大学附属第一医院宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室

本文旨在探讨人造结石在不同条件下的力学性能。首先，制备不同配比的牙科石膏试样（硬度、孔隙率、粉水比、蛋白含量）作为人造结石进行劈裂行为研究；其次，针对不同配比的人造结石开展准静态巴西劈裂实验；最后利用Φ40mm分离式霍普... 详细信息

本文旨在探讨人造结石在不同条件下的力学性能。首先，制备不同配比的牙科石膏试样（硬度、孔隙率、粉水比、蛋白含量）作为人造结石进行劈裂行为研究；其次，针对不同配比的人造结石开展准静态巴西劈裂实验；最后利用Φ40mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar ， SHPB）进行动态加载，结合高速相机、数字图像相关（Digital Image Correlation ， DIC）等测试方法，观察试样劈裂过程中的破坏过程以及应变场演化规律，获得试样的应变时程曲线。实验结果表明，人造结石的准静态拉伸强度与硬度、粉水比成正比，与孔隙率成反比，而蛋白质含量对其拉伸强度影响不大，但会影响其韧脆性。在动态加载下，人造结石试样具有明显的应变率强化效应，拉伸强度动态增强因子（Dynamic Intense Factor ， DIF）和应变率对数之间呈现出线性增长关系。本文为人造结石的力学特性研究提供了一种有效的实验方法和分析手段。

关键词：人造结石巴西劈裂应变率 SHPB DIC DIF

汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性

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材料导报 2024年第8期38卷 213-221页

作者：左志东刘先斌刘吉波汪小锋陈剑斌宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波展慈新材料科技有限公司浙江宁波315338 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

采用拉伸机、扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)等研究了汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性与微观组织演变。结果表明,2024-T351铝合金表现出明显的各向异性且应变率对力学性能与微观组织有一定的影响。相同应变率下,0°... 详细信息

采用拉伸机、扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)等研究了汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性与微观组织演变。结果表明,2024-T351铝合金表现出明显的各向异性且应变率对力学性能与微观组织有一定的影响。相同应变率下,0°方向上的应力最大,45°方向上的应力最小。在0°方向上,合金的抗拉强度随应变率的增加变化相对较小,而屈服强度、延伸率和断面收缩率呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;在45°和90°方向上,合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率与断面收缩率均随着应变率的提高呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;90°方向相比于其他两个方向有着更强的应变率敏感性。拟合得到三个方向上的Johnson-Cook本构方程,其可以很好地预测2024-T351铝合金在各个方向上的动态力学行为。所有试样断口表面均有大小不一的韧窝,且应变率越高形成的韧窝就会越大且越深。断后晶粒尺寸与方向和应变率基本无关,但晶粒纵横比受方向和应变率的影响较大。

关键词：铝合金动态力学行为各向异性微观组织 Johnson-Cook本构模型

三层组合陶瓷复合装甲的抗侵彻性能及其损伤机制

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兵工学报 2024年第1期45卷 44-57页

作者：余毅磊王晓东任文科高光发南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微... 详细信息

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微镜(SEM)研究复合装甲板在弹道侵彻下的损伤模式。实验结果表明:在所述实验条件下8 mm+2 mm+10 mm厚度组合的Kevlar/SiC-TC4-UHMWPE复合靶板是最佳的抗侵彻工程应用结构;在同等面密度条件下,将1 mm厚陶瓷替换成同等面密度的TC4钛合金背板(约0.5 mm厚)时,复合装甲板的抗弹道侵彻性能提升了约29.69%,可见钛合金的结构参数对复合装甲板抗弹性能的影响权重大于SiC;钛合金背板面密度的增加不仅增强了对陶瓷的支撑作用,而且增加了弹-靶作用时间,提升了复合靶板的整体防护性能;12.7 mm穿燃弹侵彻后复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、钛合金背板少量隆起变形及十字形拉伸撕裂损伤、UHMWPE层合纤维背板剪切断裂、层间分离和纤维拉伸;在整体复合装甲的设计中,应将高抗剪材料放置在背板的前几层,将高抗拉材料放置在背板后几层,以充分利用每种材料。

关键词：陶瓷复合装甲抗弹性能损伤机制超高分子量聚乙烯 12.7 mm穿燃弹