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梯度Voronoi多孔结构设计与增材成形性能研究
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作者 韩昌骏 汪云徽 +3 位作者 李利 黎凯 蒋睿哲 杨永强 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第19期47-54,共8页
基于Voronoi的多孔结构在抗冲击和吸能减振等方面表现优异,但其力学性能受到孔隙梯度变化的影响,因此本文研究了梯度参数对Voronoi多孔结构力学性能的影响规律,实现Voronoi多孔结构的力学性能提升。通过控制Voronoi的种子分布设计了3种... 基于Voronoi的多孔结构在抗冲击和吸能减振等方面表现优异,但其力学性能受到孔隙梯度变化的影响,因此本文研究了梯度参数对Voronoi多孔结构力学性能的影响规律,实现Voronoi多孔结构的力学性能提升。通过控制Voronoi的种子分布设计了3种不同跨度尺寸(G-2、G-3、G-4)的梯度Voronoi多孔结构,采用激光选区熔化技术(SLM)制备了70%孔隙率的梯度Voronoi多孔结构试样,通过试验和有限元仿真的结合研究了梯度参数对梯度Voronoi多孔结构力学性能的影响规律,分析了其内在结构的变形机制。结果表明,梯度Voronoi多孔结构的屈服强度随着跨度尺寸的增加而提升。此外,G-3梯度Voronoi多孔结构表现出最强的能量吸收能力,适中的跨度尺寸使梯度Voronoi多孔结构在应变平台阶段和致密化阶段都具有较高的流动应力,从而表现出更强的能量吸收能力。更小的跨度尺寸使得结构中形成更多的局部致密化区域,小孔隙和高孔隙密度使得内部的支杆结构变形更剧烈,加剧了结构内部的致密化行为。 展开更多
关键词 激光选区熔化(SLM) 增材制造 voronoi 多孔结构 能量吸收
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选区激光熔化Voronoi多孔结构的设计与性能预测 被引量:5
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作者 曾寿金 吴启锐 +2 位作者 何家辰 韦铁平 叶建华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1059-1071,共13页
为满足医学上多孔植入体的力学性能和生物相容性要求,研究一种利用Voronoi-Tessellation算法生成可控多孔结构的参数化设计方法。分析了以孔棱直径、不规则度及单元距离为结构参数,以弹性模量、抗压强度及孔隙率为响应目标的Box-Behnke... 为满足医学上多孔植入体的力学性能和生物相容性要求,研究一种利用Voronoi-Tessellation算法生成可控多孔结构的参数化设计方法。分析了以孔棱直径、不规则度及单元距离为结构参数,以弹性模量、抗压强度及孔隙率为响应目标的Box-Behnken设计。结合灰色关联分析,得到多响应目标的最佳结构参数,并建立了灰色关联度预测模型,通过方差分析验证了模型的准确性。结果表明,孔棱直径是影响多孔结构性能最显著的因素。不规则多孔结构的最佳结构参数为孔棱直径0.3 mm,不规则度0.5,单元距离2 mm。得到不规则多孔结构的弹性模量为2.987 GPa,抗压强度为210.048 MPa,孔隙率为89.43%,灰色关联度为0.7895,优化结果与预测结果的符合程度高,误差为1.2%,表明该优化方法切实可行。 展开更多
关键词 选区激光熔化 voronoi 响应面 多孔结构 灰色关联分析
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层合多孔结构的裂纹扩展规律研究
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作者 许爽 邓庆田 +3 位作者 李旺斐 李新波 宋学力 温金鹏 《机械强度》 北大核心 2025年第2期28-36,共9页
基于六边形和内凹形两种基本构型,采用实验测试和有限元仿真的方法,对三点弯曲作用下层合多孔结构裂纹扩展规律进行了研究,讨论了胞元铺设方向的角度对层合多孔结构破坏形式、承载力和变形的影响。结果表明,双层模型的裂纹扩展路径会向... 基于六边形和内凹形两种基本构型,采用实验测试和有限元仿真的方法,对三点弯曲作用下层合多孔结构裂纹扩展规律进行了研究,讨论了胞元铺设方向的角度对层合多孔结构破坏形式、承载力和变形的影响。结果表明,双层模型的裂纹扩展路径会向裂纹扩展抑制能力较弱层的裂纹扩展路径偏转;强度低的一侧会发生更大的变形,从而导致模型向强度高的一侧偏转;在一些角度组合下,双层模型承载力和韧性相较于对应的单层模型有明显提升。 展开更多
关键词 层合多孔结构 三点弯曲实验 裂纹扩展 聚乳酸材料
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局部腐蚀对多孔结构力学性能的影响
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作者 邹俊岭 邓庆田 +1 位作者 李新波 宋学力 《机械强度》 北大核心 2025年第3期1-10,共10页
采取液滴法引入二氯甲烷溶液作为腐蚀介质,基于不同孔隙率的正四边形、正六边形和内凹形结构,分析了不同腐蚀周期和区域对聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)多孔结构力学性能的影响,并结合有限元仿真结果进行对比分析。结果表明,内凹形多孔... 采取液滴法引入二氯甲烷溶液作为腐蚀介质,基于不同孔隙率的正四边形、正六边形和内凹形结构,分析了不同腐蚀周期和区域对聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)多孔结构力学性能的影响,并结合有限元仿真结果进行对比分析。结果表明,内凹形多孔结构板受腐蚀周期的影响最小,其余两种结构受其影响有赖于孔隙率的大小;孔隙率72%的正六边形结构单胞元腐蚀缺陷承载能力最弱,内凹形结构的承载能力最强;孔隙率54%的正四边形结构受单胞元腐蚀影响最大;正六边形结构单胞元扩大区域腐蚀相比单胞元腐蚀承载能力较弱,正四边形结构单胞元扩大区域腐蚀相比单胞元腐蚀承载能力较强。 展开更多
关键词 腐蚀 二氯甲烷溶液 聚乳酸多孔结构 力学性能
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FCC桁架式多孔结构的力学性能研究
5
作者 周翔宇 徐竹田 彭林法 《机械强度》 北大核心 2025年第9期72-79,共8页
为了探究结构参数关键因素对多孔结构屈服强度和屈服行为的影响,制备了面心立方(Face Center Cubic,FCC)多孔结构,研究了桁架式多孔结构材料的力学强度与变形失效。构建了有限元仿真模型,分析了不同尺寸参数结构的屈服强度与失效形式,... 为了探究结构参数关键因素对多孔结构屈服强度和屈服行为的影响,制备了面心立方(Face Center Cubic,FCC)多孔结构,研究了桁架式多孔结构材料的力学强度与变形失效。构建了有限元仿真模型,分析了不同尺寸参数结构的屈服强度与失效形式,揭示了不同加载方向下单元杆件尺寸对FCC多孔材料逐层塌陷失效与整体屈服失效的转变关系。研究表明,细长比小的结构表现出整体屈服模式,反之表现为逐层压缩的屈服模式;此外,沿面对角线承载的材料能够获得更加均匀的整体变形模式,沿体对角线承载的材料局部变形更为明显。 展开更多
关键词 有限元分析 多孔结构 Gibson-Ashby模型 逐层塌陷 失效形式
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热机械载荷下多孔结构的填充拓扑优化
6
作者 兰鹏伟 张业伟 +1 位作者 梁缘 刘宏亮 《力学学报》 北大核心 2025年第7期1660-1670,共11页
提出了一种基于混合变量的填充拓扑优化方法,用于热机械载荷下多孔结构轻量化设计.传统优化方法在热弹性结构拓扑优化中常面临设计相关载荷的挑战,灵敏度分析复杂,计算成本高,而且优化结果存在灰度区域,导致结构边界模糊不便于加工制造... 提出了一种基于混合变量的填充拓扑优化方法,用于热机械载荷下多孔结构轻量化设计.传统优化方法在热弹性结构拓扑优化中常面临设计相关载荷的挑战,灵敏度分析复杂,计算成本高,而且优化结果存在灰度区域,导致结构边界模糊不便于加工制造.为此,本文提出一种结合连续变量与离散变量的填充拓扑优化方法,应用于求解热机械载荷作用下的多孔结构拓扑设计问题,通过引入局部体积约束替代全局体积约束,有效调控材料分布的局部密度,避免优化后生成的多孔结构过于均匀.设计优化首先在粗网格上进行连续变量拓扑优化,然后在细化网格上生成离散变量填充设计.本文的局部体积约束不仅有助于子结构的形成,引导优化过程实现均匀的材料分布,而且连续变量与离散变量方法之间的联系为连续变量拓扑优化中的设计变量赋予了物理意义,防止了设计结果因过于均匀而导致目标函数值显著增加.此外,发展了一种改进的灵敏度过滤策略,获得了目标函数值更优的拓扑设计.利用双固支梁的数值算例展示了方法的有效性,并研究了过滤半径和温度差对优化结果的影响.结果表明,本文方法能够将粗网格下的连续变量优化结果转化为细网格下的离散变量多孔结构设计,其几何特征清晰,显著提升了设计的可制造性,同时优化后的结构表现出优异的热变形抵抗能力和力学性能. 展开更多
关键词 拓扑优化 填充优化 多孔结构 热机械载荷 离散变量
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基于多孔结构的微通道散热技术研究现状
7
作者 周雄 张莉 《制冷学报》 北大核心 2025年第2期17-27,共11页
随着微电子器件的飞速发展,电子设备越来越倾向于小型轻量化、高集成度、高热流密度的方向发展。多孔结构因其能有效拓展传热面积、增加汽化核心和调控壁面润湿性而强化沸腾传热,广泛应用于散热领域。基于多孔结构的微通道散热技术是提... 随着微电子器件的飞速发展,电子设备越来越倾向于小型轻量化、高集成度、高热流密度的方向发展。多孔结构因其能有效拓展传热面积、增加汽化核心和调控壁面润湿性而强化沸腾传热,广泛应用于散热领域。基于多孔结构的微通道散热技术是提高散热器性能十分有效且极具发展前景的方法。微通道表面多孔结构、微通道内填充多孔材料和微通道骨架为多孔结构是近年来3种常见的多孔结构和微通道相结合增强沸腾传热的结构形式,多孔结构主要包括多孔涂层、微腔、金属泡沫、多孔翅片和多孔肋等。主要对近年来基于多孔结构的微通道散热技术的研究进展进行了综述,对比分析了上述3种强化传热结构的优缺点,阐述了微通道散热器在传热性能和压降的平衡设计方面所面临的问题,并提出了相关的优化设计方法。 展开更多
关键词 微通道散热器 多孔结构 传热强化 压降 优化设计
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基于显式拓扑优化方法的多孔结构基频最大化设计
8
作者 王选 时元昆 +2 位作者 陈翔 阎琨 《振动与冲击》 北大核心 2025年第8期124-132,共9页
多孔结构以其独特的性能,已成为解决动力学设计挑战的有效方案之一。为了改善多孔结构的动力学性能,针对无阻尼自由振动下的多孔结构基频最大化设计问题,提出了一种基于移动变形杆件方法的显式拓扑优化方法。该方法通过优化杆件的几何... 多孔结构以其独特的性能,已成为解决动力学设计挑战的有效方案之一。为了改善多孔结构的动力学性能,针对无阻尼自由振动下的多孔结构基频最大化设计问题,提出了一种基于移动变形杆件方法的显式拓扑优化方法。该方法通过优化杆件的几何变量来实现多孔结构的建模与优化。将杆件映射到背景网格上的密度场,避免杆件移动过程中重新划分网格的繁琐任务。建立了体积比约束下的一阶特征值最大化的多孔结构动力学拓扑优化模型。详细推导了特征值目标函数关于几何设计变量的解析灵敏度列式,采用移动渐近线方法更新几何设计变量,实现多孔结构的优化设计。最后,通过三个数值算例验证了所提方法的有效性和稳定性,并讨论了尺寸控制和体积比约束对优化结果的影响。 展开更多
关键词 拓扑优化 多孔结构 频率优化 动力学优化
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烧结银层多孔结构对烧结银接头剪切性能的影响
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作者 陈国庆 张超锋 +2 位作者 李万里 薛雨诗 尹加政 《机械工程材料》 北大核心 2025年第4期105-113,共9页
将镀银铜片、微米银焊膏和镀银铜片堆叠成“三明治”结构,然后在不同烧结压力(0,0.5,1,3,6 MPa)下热压烧结制备烧结银接头,研究了烧结压力对接头中间烧结银层孔隙率、孔径及层厚的影响;采用试验与有限元模拟相结合的方法对烧结银接头进... 将镀银铜片、微米银焊膏和镀银铜片堆叠成“三明治”结构,然后在不同烧结压力(0,0.5,1,3,6 MPa)下热压烧结制备烧结银接头,研究了烧结压力对接头中间烧结银层孔隙率、孔径及层厚的影响;采用试验与有限元模拟相结合的方法对烧结银接头进行剪切性能测试,分析烧结银层多孔结构特征对烧结银接头剪切性能的影响。结果表明:随着烧结压力的增大,烧结银层的孔隙率由19.3%降至7.5%,平均孔径由1 560 nm降至1 390 nm,层厚由67μm降至36μm,烧结银接头的断裂模式由混合断裂模式向层间断裂模式转变,烧结银层的塑性变形程度增大;模拟得到不同烧结压力下烧结银层的层间断裂微观形貌以及接头的载荷-位移曲线和抗剪强度均与试验结果基本吻合,其中在有压烧结条件下抗剪强度的最大相对误差为13%,验证了有限元模拟方法的准确性;随着烧结银层孔隙率由7.5%增至15.1%,剪切载荷达到峰值时烧结银层的变形程度变小,接头的抗剪强度降低40%;随着烧结银层平均孔径由1 390 nm增至1 510 nm,剪切载荷达到峰值时烧结银层的变形程度变化不大,接头的抗剪强度降低6%;随着烧结银层层厚由36μm增至53μm,剪切载荷达到峰值时烧结银层的变形程度变大,接头的抗剪强度增加24%。 展开更多
关键词 烧结银 多孔结构 剪切性能 有限元模拟
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TPMS骨组织多孔结构参数化设计方法研究 被引量:1
10
作者 石志良 王伟 +1 位作者 卢小龙 张亚 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第6期265-270,共6页
三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)曲率为零,具有相连通的高孔隙率结构,能够更好地适应细胞增长、营养物输送和代谢物排出。基于传统CAD的TPMS多孔结构设计,孔隙率、孔径大小与TPMS曲面参数未建立明确的对应关系,... 三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)曲率为零,具有相连通的高孔隙率结构,能够更好地适应细胞增长、营养物输送和代谢物排出。基于传统CAD的TPMS多孔结构设计,孔隙率、孔径大小与TPMS曲面参数未建立明确的对应关系,设计缺乏灵活性。通过探究阈值和周期对孔隙率的影响关系,提出一种TPMS多孔结构参数化设计方法。基于TPMS设计孔单元,研究发现阈值与孔隙率基本呈线性关系,周期与孔隙率无关,但周期的改变会显著影响模型的孔径大小。由此将阈值和周期作为参数化设计的主要参数输入,可自动生成孔隙率和孔径大小可控的多孔结构。该方法实现于Rhinoceros的Grasshopper(GH)插件,并进行实例验证。 展开更多
关键词 三周期极小曲面 多孔结构 参数化设计 阈值 周期
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泰森多边形多孔结构髋臼杯初始稳定性研究
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作者 宜亚丽 于润泽 +3 位作者 张金明 李姣 柴立平 金贺荣 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期428-434,共7页
目的 分析泰森多边形多孔结构髋臼杯与实体髋臼杯的初始稳定性差异,探究泰森多边形结构多孔层对髋臼杯初始稳定性的影响及其在预防松动脱位方面的作用。方法 通过Grasshopper设计孔隙率分别为60%、70%的泰森多边形多孔结构支架,利用选... 目的 分析泰森多边形多孔结构髋臼杯与实体髋臼杯的初始稳定性差异,探究泰森多边形结构多孔层对髋臼杯初始稳定性的影响及其在预防松动脱位方面的作用。方法 通过Grasshopper设计孔隙率分别为60%、70%的泰森多边形多孔结构支架,利用选区激光熔化技术(selective laser melting, SLM)制备实体髋臼杯与孔隙率为60%、70%多孔髋臼杯样件,在相同条件的聚氨酯块模型中进行杠杆试验,分析对比3组样件的最大撬出力矩、偏转角度、界面刚度。结果 在压入力无明显差异的情况下,孔隙率为60%、70%多孔髋臼杯的最大撬出力矩分别比实体髋臼杯高278.82%、320.56%,偏转角度比实体髋臼杯高194.04%、269.23%,界面刚度比实体髋臼杯高18.58%、7.88%。杠杆试验完成后,多孔髋臼杯所用的聚氨酯块半球腔内出现明显磨损。结论 泰森多边形多孔结构髋臼杯的初始稳定性指标均高于实体髋臼杯,说明泰森多边形结构多孔层能提高髋臼杯的初始稳定性。研究结果能够为髋臼假体的设计与选型提供一定参考。 展开更多
关键词 全髋关节置换术 髋臼杯 多孔结构 泰森多边形 初始稳定性
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基于均匀化拓扑优化的轻质多孔结构等效方法
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作者 刘辉 何彬 涂福泉 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第11期88-92,共5页
通过拓扑优化设计得到的孔洞结构,往往不规则,甚至过于复杂、难于加工、多数需要进行二次设计,为了避免二次拓扑优化求解过程复杂、效率低、耗时长,甚至出现不收敛、棋盘格、灰色单元等情况,提出一种基于均匀化拓扑优化的轻质多孔结构... 通过拓扑优化设计得到的孔洞结构,往往不规则,甚至过于复杂、难于加工、多数需要进行二次设计,为了避免二次拓扑优化求解过程复杂、效率低、耗时长,甚至出现不收敛、棋盘格、灰色单元等情况,提出一种基于均匀化拓扑优化的轻质多孔结构等效方法。该方法首先需对研究结构进行初次拓扑优化,提取拓扑优化后的关键性能参数如应变能、最大应力、最大位移等。然后依据上述提取的参数作为后续寻求结构等效的条件。基于能量均匀化方法求解出与拓扑优化后等效的微结构。将等效微结构阵列得到的周期排列结构即为轻质多孔等效结构。最后对拓扑优化结构和轻质多孔等效结构进行有限元分析对比,验证此方法的可行性。结果表明:轻质多孔等效结构与初始拓扑结构相比,其综合性能基本不变,但因轻质多孔结构的规则性使得加工难度大大降低。 展开更多
关键词 轻质多孔结构等效 能量均匀化方法 参数化水平集方法 等效微结构 拓扑优化
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基于Voronoi的可调控刚度点阵结构优化设计及其力热性能分析
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作者 周柱坤 覃家塔 +4 位作者 祝佳豪 冯诗和 薛晨昊 梁嘉华 李光先 《航空制造技术》 北大核心 2025年第8期74-84,共11页
Gyroid三周期极小表面结构(TPMS)在刚度、吸能、散热和传热等方面表现优异,在缓冲与减振结构等工程领域有较大的应用潜力。然而,在对TPMS结构的刚度进行调整时往往会影响结构的吸能性能和稳定性。本文提出一种衍生式优化设计方法,通过Vo... Gyroid三周期极小表面结构(TPMS)在刚度、吸能、散热和传热等方面表现优异,在缓冲与减振结构等工程领域有较大的应用潜力。然而,在对TPMS结构的刚度进行调整时往往会影响结构的吸能性能和稳定性。本文提出一种衍生式优化设计方法,通过Voronoi多孔结构设计和Gyroid参数化方法,可以实现点阵结构刚度调控并保持能量吸收和散热优势。利用选择性激光烧结(SLS)技术制备基于Delaunay单元和Voronoi单元的点阵结构,并通过压缩试验分析点阵结构随种子点变化的外观形貌和力学特性。此外,对等值面支柱点阵结构(ISLSV)和片状ISLSV(Sheet-ISLS_(V))两种基于Voronoi优化的点阵结构的散热性能和结构稳定性进行了分析。结果表明,点阵结构的刚度可通过种子点数目和分布进行调控。得益于Voronoi单元点阵结构的表面光滑特性,Sheet-ISLS_(V)在1400种子点下的强度和吸能能力优于Gyroid结构,能量吸收率较Gyroid结构增加6.3%。本研究Sheet-ISLS_(V)结构的优化设计可为点阵结构优化及其工程应用提供参考。 展开更多
关键词 voronoi 参数化设计 Gyroid 等值面点阵结构 3D打印
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基于多目标优化方法的Voronoi仿生多孔支架设计
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作者 田素静 宫赫 +2 位作者 张翔 高甲子 周立明 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期646-655,共10页
目的 提出一种基于多目标优化的适用于不同骨缺损程度的Voronoi仿生多孔支架设计方法。方法 首先研究支架设计参数对力学和生物学性能的影响。然后建立支架设计参数分别与支架性能指标(比表面积、弹性模量、屈服强度和渗透率)的响应面... 目的 提出一种基于多目标优化的适用于不同骨缺损程度的Voronoi仿生多孔支架设计方法。方法 首先研究支架设计参数对力学和生物学性能的影响。然后建立支架设计参数分别与支架性能指标(比表面积、弹性模量、屈服强度和渗透率)的响应面模型。最后以边长15 mm立方体支架为例(假设骨缺损尺寸为边长15 mm立方体),将骨组织弹性模量和渗透率范围作为性能约束,通过非支配遗传算法-Ⅱ对支架进行多目标优化。结果 Voronoi支架的各向异性程度受种子点数的影响,而支架尺寸和缩放因子均只影响其杆径和杆长;通过本研究的设计方法,可针对特定缺损尺寸,设计出同时满足力学和生物学性能的最优支架。此外,通过调整屈服强度权重因子来改变乌托邦点,能够满足不同强度需求下的最优支架设计。结论 提出了一种基于多目标优化的Voronoi多孔支架设计方法,可适用于不同程度的骨缺损,为骨组织工程支架的个性化设计提供新的思路。 展开更多
关键词 voronoi仿生多孔支架 骨缺损 力学性能 渗透性能 多目标优化
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基于Voronoi算法的一种新型多孔夹层结构参数优化和耐撞性研究
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作者 王帅 孙楠 +1 位作者 陈卓 周开发 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1108-1119,共12页
提高防撞缓冲车(Truck Mounted Attenuators,TMAs)耐撞性成为道路安全防护的重要途径,借助Voronoi算法生成了一种新型多孔结构。首先,通过研究该结构的种子点数n、孔隙率ρ和不规则度α对结构几何拓扑影响关系,建立了材料比吸能与三个... 提高防撞缓冲车(Truck Mounted Attenuators,TMAs)耐撞性成为道路安全防护的重要途径,借助Voronoi算法生成了一种新型多孔结构。首先,通过研究该结构的种子点数n、孔隙率ρ和不规则度α对结构几何拓扑影响关系,建立了材料比吸能与三个参数之间的数学模型。然后,借助有限元方法分析了新结构的能量吸收,证实了该数学模型的可靠性,利用正交试验确定最优结构参数。最后,将新型多孔结构作为夹层填充到TMAs防撞缓冲车中,探究了正碰、侧碰和斜碰三种工况下车辆耐撞性。研究发现,新型多孔结构能够有效降低峰值碰撞力,能量吸收性能远远超过传统TMAs和圆筒夹层TMAs,能够有效保护被撞车辆和驾驶人员安全。 展开更多
关键词 voronoi算法 多孔结构 夹层结构 参数优化 耐撞性
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碳纤维圆管增强超弹多孔结构振动特性研究 被引量:1
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作者 樊永乐 杨金水 +1 位作者 李爽 刘彦佐 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期111-117,共7页
随着船舶工业技术的快速发展,对动力系统隔振装置提出了更加苛刻的要求,现有的橡胶阻尼材料虽然具备良好的减振效果,但仍然存在着质量大、力学承载性能和吸能性能不足等问题,针对上述背景,将橡胶阻尼材料与力学性能优异的碳纤维圆管相... 随着船舶工业技术的快速发展,对动力系统隔振装置提出了更加苛刻的要求,现有的橡胶阻尼材料虽然具备良好的减振效果,但仍然存在着质量大、力学承载性能和吸能性能不足等问题,针对上述背景,将橡胶阻尼材料与力学性能优异的碳纤维圆管相结合设计出了一种兼具轻质、抗冲、隔振的碳纤维圆管增强超弹多孔结构,并在前期的研究中已验证了该结构具有优异的抗冲吸能表现。在此基础上,通过试验结合数值表征的方法研究了该结构的振动行为和减振性能,揭示碳纤维圆管对结构固有振动特性和减振性能的影响规律。结果发现,相比无增强结构,填充碳纤维圆管的超弹多孔结构可在增强结构整体刚度的同时实现减振性能的显著提升;试验结果验证了所建立结构数值模型的可靠性,对比不同增强结构的仿真与试验发现随着碳纤维圆管厚度的增加,结构固有频率呈现先增大后减小的趋势;研究结果可为设计新型轻质高刚度高阻尼结构提供参考。 展开更多
关键词 多孔结构 碳纤维圆管 聚氨酯 振动 阻尼
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基于微金字塔结构全体多孔介电层的柔性电容式传感器
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作者 卢永琪 倪帅 +4 位作者 张鹏飞 王孟琪 宗琨尧 王蕾 潘如如 《丝绸》 北大核心 2025年第8期49-55,共7页
传感器作为关键的电子组件,在各种场景中发挥重要作用,但各种传感器结构仍不断创新,各种结构间存在性能差异。文章设计的电容传感器采用电极层-介电层-电极层结构,并在结构和性能上进行改进。电极层采用柔性导电织物,介电层采用柔性PDM... 传感器作为关键的电子组件,在各种场景中发挥重要作用,但各种传感器结构仍不断创新,各种结构间存在性能差异。文章设计的电容传感器采用电极层-介电层-电极层结构,并在结构和性能上进行改进。电极层采用柔性导电织物,介电层采用柔性PDMS材料制成,通过模型法和盐溶解法获得具有多孔微金字塔结构的介电层。为了隔离人体并满足使用要求,采用医用PU防水胶带进行封装。研究表明,通过材料改性和结构创新可以优化传感器的性能。文章设计的传感器表现出高灵敏度(S=0.190 kPa^(-1))、快速恢复(270 ms)、耐用性(2000次以上稳定)及在梯度压力测试灵敏度方面的高性能。此外,该传感器能够检测人体的生理信号。 展开更多
关键词 柔性电容式压力传感器 有限元模拟 金字塔微结构 多孔结构 压力传感 脉搏检测 手指弯曲角度测试
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层合多孔结构拉剪力学行为分析
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作者 李旺斐 邓庆田 +3 位作者 许爽 李新波 宋学力 温金鹏 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期208-223,共16页
基于层合多孔拉剪结构,考虑孔隙率、胞元铺设角度、胞元孔型及复合层数对结构承载力和稳定性的影响,通过实验和有限元仿真计算研究了平面多孔结构的力学性能和破坏形式。结果表明,孔隙率越小,单双层结构抗拉剪性能越大,双层模型增强幅... 基于层合多孔拉剪结构,考虑孔隙率、胞元铺设角度、胞元孔型及复合层数对结构承载力和稳定性的影响,通过实验和有限元仿真计算研究了平面多孔结构的力学性能和破坏形式。结果表明,孔隙率越小,单双层结构抗拉剪性能越大,双层模型增强幅度也越大;多孔结构胞元铺设角度为15°时具有更好的塑性变形和抗拉剪性能;正六边形孔型的塑性变形较好,正方形孔型的抗拉剪力较强;多层结构可以增强抗拉剪强度,层合多孔结构裂纹由单层模型发生脆性断裂的裂纹耦合而成。 展开更多
关键词 层合结构 多孔结构 PLA材料 拉剪试验
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二维多孔结构剪切变形及破坏特性研究
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作者 张祖蔚 张晨帆 +3 位作者 邓庆田 杨智春 李新波 温金鹏 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期301-311,共11页
基于理论建模、有限元仿真和实验测试研究了二维多孔结构剪切变形及破坏特性,分析几何参数改变对整体抗剪性能的影响。通过有限元仿真获取剪切变形规律,采用框架剪切夹具进行剪切实验,与有限元仿真结果进行对比分析。结果表明:剪切变形... 基于理论建模、有限元仿真和实验测试研究了二维多孔结构剪切变形及破坏特性,分析几何参数改变对整体抗剪性能的影响。通过有限元仿真获取剪切变形规律,采用框架剪切夹具进行剪切实验,与有限元仿真结果进行对比分析。结果表明:剪切变形破坏主要为靠近结点处单元胞壁的拉伸破坏与剪切破坏,损伤从结构边缘向内部渐进扩展。单元胞尺寸、壁厚对结构的剪切性能有明显影响,厚度与排列角度对剪切性能影响较小;在正六边形、内凹型和半凹型多孔结构中,正六边形的二维多孔结构的抗剪性能最好。 展开更多
关键词 二维多孔结构 抗剪切性能 几何参数 破坏特性
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轻质多孔结构制备及响应面优化
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作者 何凯 裴向军 +5 位作者 张晓超 李强 候谦儒 王萌琪 黄山松 蒙明辉 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期208-218,共11页
多孔结构作为新型建筑材料结构,目前依然存在制备材料最佳配比不准确、结构材料与植物相容性差等问题影响其应用。为确定制备多孔结构最佳材料配比,提高其力学强度的同时具有良好植生空间,文章采用轻质多孔火山石作为粗骨料,水泥、粉煤... 多孔结构作为新型建筑材料结构,目前依然存在制备材料最佳配比不准确、结构材料与植物相容性差等问题影响其应用。为确定制备多孔结构最佳材料配比,提高其力学强度的同时具有良好植生空间,文章采用轻质多孔火山石作为粗骨料,水泥、粉煤灰、拌合水搅拌而成的胶凝浆体作为胶结剂,制作轻质多孔材料,开展相关的多孔结构制备试验并探究其不同单因素水平下的物理力学性能,得到合理的配合比范围,并采用响应面进行优化,得到满足一定抗压强度、具有良好植生空间及透水性能的最佳材料配合比。结果如下:(1)抗压强度随着水灰比增大呈现先增大后减小的变化趋势,最佳水灰比约0.35,骨料粒径越小,多孔结构抗压强度越高,但为了满足多孔性和透水性,选取2 cm左右的骨料较为适宜;(2)胶凝浆体中胶凝材料由质量占比75%的水泥与25%的粉煤灰组成,并含有0.1%的减水剂,应控制浆体含量为15%~25%,且不应超过30%;(3)根据响应面优化分析,制备多孔结构最优化配合比为:骨料粒径约2 cm,水灰比0.377,胶凝材料体积含量20.7%,在该配比下孔隙率、有效孔隙率和透水系数分别为:38.3%、33.5%、2.98 cm/s。最佳配比下的多孔结构既满足其力学要求,同时具有良好的植物相容性,研究成果可为多孔结构的制备与应用提供科学依据。 展开更多
关键词 多孔结构 边坡防护 抗压性能 孔隙率 透水性能 响应面试验
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