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关键词： 穿孔板   盘绕通道   宽带吸声   多孔材料   耦合效应  

摘要： 高效宽带降噪在汽车工业、航空航天工程、轨道交通和建筑设计等诸多领域具有重要意义。传统多孔材料在低频范围内固有耗散弱,难以在有限空间内有效吸收低频噪声。共振型吸声器虽对中低频噪声有良好吸收效果,但其共振色散特性限制了宽频降噪的实现。为了兼顾宽带降噪和实用性,本文提出了一种由串并联结合的多腔体盘绕型结构与多孔材料组成的复合结构,该结构利用并联耦合效应实现宽带高效吸声。通过理论分析、数值计算和实验测试,研究了复合结构的吸声特性。本文主要内容包括: (1)设计了一种由穿孔板与盘绕背腔串联组成的吸声组件,并构建理论分析模型和数值分析模型,对其低频吸声特性进行了详细分析。运用阻抗分析法、声压声速法、耦合模式理论以及复频率分析法,揭示了组件的低频吸声机理。研究了穿孔板和盘绕通道的几何参数对吸声频带的影响,并且掌握了频带调谐的规律。通过阻抗管实验证实了组件设计的可行性。 (2)探讨了不同阻尼状态下吸声组件的并联耦合,揭示了并联耦合增强吸声的潜在物理机制。研究了耦合参数和关键几何参数对耦合系统吸声频带的影响,并且提出了一种低频宽带吸声结构设计策略。该策略通过欠阻尼组件之间的并联耦合增强吸声,实现了低频宽带高效吸声。基于这一策略,提出并实验验证了一种低频宽带吸声结构,该结构在250~450 Hz频率范围内实现了高效吸声,平均吸声系数达到0.81。 (3)将多孔材料填充在多组件并联结构周围,设计了一种宽带吸声的复合结构。该结构能在254~4000 Hz频率范围内实现高效吸声,平均吸声系数为0.769。为进一步提升其在特定频带内的吸声性能,采用了粒子群优化算法对复合结构进行了参数优化。优化后的结构在目标频率范围(300~1000 Hz)内平均吸声系数为0.847,最低吸声系数为0.698。最后,通过阻抗管实验证实了粒子群优化算法对复合结构进行参数优化的可行性。

摘要： 《幼儿园保育教育质量评估指南》中指出：“玩具材料种类丰富，数量充足，以低结构材料为主，能够保证多名幼儿同时游戏的需要。”本文从自选、合作与创新三个维度，探究趣味编织活动的实施路径。一、自选：表现材料特征，“自助式”选材（一）投放“材料包”，设置专项区域在编织活动中，教师要结合各类材料的特征，

关键词： 软材料   水凝胶   组装体   机械性能   刺激响应  

摘要： 水凝胶具有稳定三维(3D)网络结构和宏观类固体流变行为,并表现出良好的机械性能、较好的生物相容性和可修饰性等特点,受到多个领域关注。基于可修饰特性,水凝胶与超分子识别基团结合,通过界面超分子识别作用(如主客体分子识别作用、氢键作用、静电相互作用、金属配位作用)构筑水凝胶组装体。然而,目前水凝胶组装体存在构筑方式相对单一、机械性能较弱和刺激响应不丰富问题,限制其进一步发展。因此,本论文针对这些难点,通过聚合物链缠结水凝胶网络、机械结构连接刚性水凝胶模块、水凝胶粘附或编织组装刺激响应水凝胶模块方法对组装体的构筑、机械性能和多重刺激响应性进行研究。本文主要研究内容及结果如下: (1)通过自发形成线性聚合物对两个水凝胶网络进行物理缠结,构筑水凝胶组装体。单体N,N’-二甲基乙二胺和炔基化聚乙二醇通过物理共混方式分别引入至两个聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶中。在两个水凝胶完全接触状态下,单体在水凝胶组装体中扩散并自发进行氨基-炔点击反应,形成长聚合物链,使其在接触界面对两个水凝胶网络发生缠结行为,从而形成水凝胶组装体。拉伸实验表明水凝胶组装体的力学性能具有接触时间依赖性和单体浓度依赖性,其最大断裂应力和断裂应变分别为61.1 k Pa和86.1%。更多数量的水凝胶模块可用于线性水凝胶组装体和复杂结构组装体构筑。此外,聚合物缠结是一种物理行为,具有可逆性,使水凝胶组装体具有自愈合性,其自愈合效率在50%左右。 (2)通过机械结构连接刚性水凝胶模块构筑具有良好机械性能的水凝胶组装体。含有丙烯酰胺(AAm)、4-丙烯酰吗啉(Ac Mo)、氯化胆碱(Ch Cl)和光引发剂的前体溶液通过3D打印(光聚合)方式制备具有氢键交联网络的水凝胶模块,其表现出较大刚性,最大断裂应力为17.3 MPa。基于此构筑的榫卯结构水凝胶组装体具有出色的承重能力,最大可承受23.0 kg。基于榫卯结构,复杂3D结构组装体和类似传统建筑结构组装体可被构筑,表现出良好的稳定性。此外,引入铰链结构可赋予组装体灵活变形能力,实现组装体形态重构。将机械结构进一步与控制运动电子器件结合,机器狗组装体可被构筑,其具有可控机械运动特性,并表现出穿越狭窄区域能力。此外,水凝胶可赋予组装体自愈合性质,其在10 h后恢复组装体稳定性和灵活性。 (3)聚丙烯酸(PAA)水凝胶作为粘附剂,依次与不同刺激响应性水凝胶组装,构筑具有多重刺激响应性水凝胶组装体。丙烯酸和共价交联剂以共聚方式形成PAA水凝胶,通过其羧基结构与其它水凝胶界面相应基团形成大量氢键,实现组装体构筑。拉伸实验结果表明,组装体(PAA水凝胶/PAAm水凝胶)的力学性能具有接触时间依赖性和交联剂比例(PAA水凝胶)依赖性,其最大拉伸断裂应力和断裂应变分别为82.0 k Pa、664%。这种方式可应用于PAA/其它六种水凝胶的组装体构筑以及PAAm/PAA/六种水凝胶的组装体构筑。此外,PAA水凝胶可与热响应性、氯化钠响应性和醋酸响应性水凝胶进行依序组装,构筑不同结构水凝胶组装体,如人型组装体和抓手组装体等,在相应刺激模式下模拟肢体弯曲行为和物体抓取行为。 (4)基于编织方式组装刺激响应水凝胶模块构筑多重刺激响应性水凝胶组装体。含有AAm、Ac Mo、Ch Cl和光引发剂的前体溶液通过3D打印(光聚合)制备锯齿状水凝胶模块,通过编织嵌合方式构筑网络状水凝胶组装体NHSA-0。承重实验表明,组装体NHSA-0承重能力随前体溶液中含水量升高而降低,最大可承重850 g;组装体承重能力随组装层数增加而上升,可承重4.40 kg(五层)。此外,通过向水凝胶网络中分别引入离子对(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和4-苯乙烯磺酸钠)、N-异丙基丙烯酰胺、烯烃化螺吡喃分子和四(4-吡啶联苯基)乙烯,构筑具有自愈合性质组装体、捕捉物体功能组装体、信息显示功能组装体和信息转换功能组装体。

关键词： Science \u0026 technology   woodhead  

ISBN: (数字)9780443186035 ISBN: (纸本)9780443186028

摘要： There has been a major resurgence of braiding in worldwide manufacturing and new testing technologies using imaging processes are now being employed. This has allowed significant findings and a better understanding of braided materials. The Handbook of Advances in Braided Composite Materials, Second Edition extensively reviews the properties, design, and manufacturing, testing and next generation applications of braided composite materials. Following the introductory chapter and the opening topic of working with the enclosed composite apps, Part One discusses manufacturing processes and advanced testing of braided composite materials. Part Two then looks at predicting properties and designing braided composite materials, including mechanics for braided composite materials such as micromechanics, macromechanics and ply mechanics. Advances in 2D and 3D modeling, as well as design of braided composite materials, are also covered. Finally, Part Three provides information on the applications of Next Generation braided composite materials. These topics consist of shape memory composites, nanostructures in braids, electrospinning, braidtrusion and green braids. The book presents up-to-date technology developments and recent research findings, along with an android and IPhone App to support design criteria, which is available via an online open source platform provided by the editor. Industrial manufacturers of braided composites, academic researchers working in the design and development of braided composites, professional engineers and postgraduate students will find this book an essential read. Covers new developments in advanced testing methods and imaging technologyPresents new findings in manufacturing and material propertiesDiscusses new developments in sustainable green braided composites, and in 3D braiding

关键词： 碳纤维   环氧树脂   三维编织复合材料   编织结构   摩擦磨损  

摘要： 三维编织复合材料具有优良的整体稳定性、抗分层、抗剪切等优点,在航空航天、轨道交通、军工和海洋工程等领域应用广泛。当其用于摩擦部件时可以克服传统层合复合材料剪切强度差的缺陷,可以更好地抵抗由于环境负荷和力负荷的交互影响而引发的各种复杂摩擦挤压现象。本文旨在探究编织结构和摩擦条件对三维编织碳纤维增强环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响规律以及摩擦磨损机制。 在本研究中,首先探究了编织角对三维编织复合材料横向和纵向方向摩擦磨损性能的影响,研究发现编织复合材料的摩擦过程可分为3个阶段。从三维编织复合材料的微观形貌、机械性能、导热性能、磨损表面形貌方面入手揭示了编织角对复合材料摩擦磨损性能的影响机制。随着编织角的增大,复合材料横向摩擦系数和磨损率均降低,摩擦系数和磨损率最小值分别为0.237和2.014×10-6mm3/Nm;而纵向方向摩擦系数先升高后降低,磨损率降低,摩擦系数和磨损率最小值分别为0.2478和3.240×10-6mm3/Nm。大编织角复合材料在摩擦过程中不易出现纤维和树脂界面的脱粘,其磨损表面更加平坦和光滑。 然后,探究了载荷和速度对不同编织角复合材料摩擦磨损性能的影响,结果显示在中等转速和中等负载条件下,复合材料具有最佳的综合摩擦学性能,并且载荷的影响高于转速。在低载荷和低转速下,复合材料的磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损。在高载荷、高转速下,复合材料的磨损机制主要是纤维与树脂基体之间的裂纹以及树脂基体的软化。 最后,以优选出来的编织角和摩擦测试条件,探究了纤维体积分数对三维编织复合材料摩擦磨损性能的影响,结果显示随着纤维体积分数的增加,复合材料横向方向的摩擦系数和磨损率均降低,而纵向方向的摩擦系数逐渐降低,磨损率先降低后提升。低纤维体积分数复合材料的磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损,高体积分数复合材料的磨损机制主要是纤维和树脂基体之间的微裂纹。

关键词： 物质点法   软材料   大变形   相场断裂模型   体积自锁  

摘要： 软材料是一类在外界较小刺激下可以发生很大变形的非线性弹性材料或物质,它包括人体或动物的组织器官、植物的叶片果实,以及诸如橡胶、水凝胶等一些高分子聚合物。软材料广泛存在于自然界中并由于其优良的变形能力在工程领域中发挥重要作用。软材料的大变形过程会涉及到一系列复杂的力学现象和问题,例如生物软材料的生长导致的弹性变形以及高分子材料的断裂破坏等。对软材料大变形生长和断裂等力学行为的研究有助于预测生物器官、仿生器件的结构和形态变化,为生物和人体健康的研究提供依据,为功能器件的结构设计和安全性评估提供参考,在医学、生物以及其他工程领域具有重要意义。 物质点法作为一种粒子类数值方法,在极大变形、断裂破坏等强非线性问题的模拟方面具有一定优势,并且在诸如冲击侵彻、爆炸毁伤等诸多极端力学问题的模拟中取得了很好的效果。据此,本文基于物质点法和软材料大变形的相关理论对软材料的生长、动力、断裂破坏行为模拟分析的数值算法开展研究。具体内容包括以下四个部分: 第一,针对软材料的大变形生长问题,提出了隐式位移-压强完全拉格朗日物质点法。考虑到很多软材料具有不可压缩性,该方法引入了压强场处理了不可压材料模拟中的体积自锁现象并采用完全拉格朗日格式消除了传统物质点法中的跨网格误差。基于有限生长理论,通过变形梯度的乘法分解引入中间构型并推导了各个构型下的应力-应变关系,之后参考中间构型推导了弱形式的动量方程。为了避免体积自锁现象,引入了关于压强的约束方程并对考虑生长效应的软材料应变能密度进行体积/偏量分解,从而将弱形式动量方程线性化。之后将线性化后的动量方程和压强约束方程同时作为控制方程,并对位移和压强采用不同阶次的B样条基函数作为插值函数,在完全拉格朗日物质点法的框架下构造了位移-压强混合格式的离散方程。采用Newton-Raphson迭代方法进行数值求解,从而建立了不可压软材料生长问题的隐式完全拉格朗日物质点法求解格式,并通过自由生长、约束生长、应变驱动生长等一系列数值算例验证了所提出方法的准确性以及适用性。 第二,针对软材料的大变形动力问题,发展了显式位移-压强完全拉格朗日物质点法。考虑到软材料的弱可压缩性,将应变能函数进行体积/偏量分解,并引入摄动拉格朗日方法对势能泛函进行修正。将位移和压强作为基本变量采用变分法在有限变形框架下推导出系统的控制方程,之后采用完全拉格朗日物质点法离散弱形式控制方程并对位移和压强采用不同阶次的插值函数以满足Ladyzhenskaya-Babu(?)ka-Brezzi(LBB)条件,使用显式时间积分得到离散形式的控制方程。此外,为了更准确地求解物质点的压强,发展了一种体积变形重映射方法以保证插值阶次的相互协调。对于显式方法采用交错求解格式在一个时间步内依次求解位移场和压强场,得到近似不可压软材料大变形动力问题的完全拉格朗日物质点法求解格式。通过数值算例验证了算法满足能量守恒、动量守恒以及角动量守恒,并证明了所提出方法在有限变形下模拟近似不可压材料动力问题的准确性和收敛性,可以在只增加少量计算量的前提下有效处理大变形动力学问题模拟中的体积自锁。 第三,针对可压缩软材料的大变形断裂和冲击破坏问题,提出了显式相场-完全拉格朗日物质点法。该方法将尖锐裂纹通过引入一个考虑耗散的断裂相场模型进行弥散,并考虑拉伸和压缩对材料断裂的贡献不同将超弹性材料的应变能密度进行拉压分解,从而得到了断裂能的相场表达式以及驱动相场演化的有效应变能。对于一个考虑断裂的软材料大变形动力问题,基于变分法在有限变形下推导出系统的位移场和相场控制方程并分别在完全拉格朗日物质点法框架下进行离散。此外,为了模拟软材料冲击断裂过程中出现的各种接触情形,发展了一套基于物质点的接触算法用于统一处理接触和自接触问题。针对该耦合问题采用了交错求解格式对位移场和相场依次求解,从而建立了软材料准静态断裂、冲击破坏、裂纹扩展问题的通用求解格式。通过对硬币状预裂纹拉伸、Kalthoff板冲击、圆环碰撞问题的数值模拟证明了所提出方法处理断裂、接触以及冲击破坏问题的准确性。此外,还模拟了超弹性材料失稳断裂、金属球冲击软膜两个算例展现了方法的适用性。 最后,针对近似不可压软材料的准静态和动态断裂破坏问题,提出了位移-压强-相场三场混合完全拉格朗日物质点法。考虑到断裂破坏对材料不可压缩性的影响,将摄动拉格朗日泛函基于相场进行修正,并同时给出驱动近似不可压材料相场演化的有效应变能,从而得到近似不可压材料断裂破坏问题的总能量泛函。采用变分法将位移、压强和相场同时作为基本变量推导出系统的控制方程,并对三个场的控制方程分别进行完全拉格朗日物质点法离散。考虑到三个场变量相互影响的程度,在完全拉格朗日物质点法框架下发展了针对位移场、压强场、相场的交错求解格式,从而得到三场混合格式的具体求解流程。采用所

摘要： 编织,是竹编品成型的工艺流程。竹编艺人们运用不同规格的篾丝、篾片,采用多种多样的精编巧织,能形成气象万千的纹样。竹编在用料上可分为篾丝编织和篾片编织两大类。篾丝编织主要用于篮、盒、箱及罐的外层；篾片编织则大多用于篮、盒、箱及罐的内层。也有篾丝和篾片交叉编织的。

关键词： 齿轮   纤维编织复合材料   直齿轮系统   动力学建模   动力学特性  

摘要： 孔板式、轮辐式类齿轮常用于航空航天等领域,其轻量化程度和动力学性能是决定整机舒适度、平稳度和安全性的关键性因素。为实现结构轻量化目标,各类新型复合材料逐渐兴起,其中纤维编织复合材料因其低成本、高性能的优点具有广阔的应用前景。而对于纤维编织材料齿轮,在高速旋转下各子结构不可被视为刚体结构。目前针对纤维编织材料齿轮及其直齿传动系统,现有研究尚未提出一种通用的动力学建模分析方法,其动力学特性有待揭示。为此,本文开展了纤维编织材料齿轮动力学建模与特性研究,论文主要工作如下: (1)建立了纤维编织复合材料转子动力学模型。基于微分求积有限元法,结合域分解和坐标映射技术建立了适用于具有任意复杂孔型的纤维编织复合材料转子的动力学模型。通过与文献、有限元仿真、实验等结果的对比验证了模型的有效性,并开展了材料参数和孔型参数对系统固有特性的影响机理研究,为纤维编织复合材料转子的动力学性能分析提供了数据支撑和理论依据; (2)提出了纤维编织直齿轮传动系统的统一动力学建模方法。根据啮合弹簧理论推导了直齿轮啮合副的时变啮合刚度和啮合势能,进而建立了收敛性好、准确度高的系统动力学模型。并针对单级纤维编织直齿轮系统进行了数值研究,分析了材料总纤维体积分数、开孔面积等参数对系统固有特性的影响,有助于指导单级纤维编织直齿轮系统的减振和轻量化设计; (3)研究了腹板材料和几何结构对二级纤维编织材料直齿轮系统振动特性的影响规律。以航空发动机附件机匣中的二级直齿轮系统为研究对象,建立了二级纤维编织材料直齿轮系统的动力学模型,开展了系统固有频率、模态振型、振动响应等参数化研究,为纤维编织直齿轮系统的结构设计和工程应用提供了理论支持。 图62幅,表20个,参考文献92篇