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空心球轻质结构的力学性能研究

张鹏程  
【摘要】:多孔轻质结构材料以其优异的物理、力学性能,在科学技术研究与国民经济建设中发挥着巨大的作用,并且其作用日益显著。空心球是能够充分利用材料力学性能的一种最基本的子结构之一,其主要的破坏形式是屈曲。用空心球经过烧结或粘结制成的空心球泡沫材料是一种典型的多孔材料。本文主要进行空心球轻质结构材料的相关力学性能研究。 本文共分四章,第一章主要讲了多孔材料的基本概念、制备方法和性能,并对其力学性能研究的历史进行了简单回顾,重点介绍了国内外在这一领域的一些代表性工作,并提出了本文的工作思路和研究内容。 第二章对空心球夹芯梁进行了弯曲实验研究。其中包括:乒乓球粘结作为芯材的夹芯结构梁的弯曲实验研究,Al_2O_3空心球作为芯材的夹芯结构梁的弯曲实验研究。通过实验研究,分析了两种不同性能材料空心球在作为夹芯梁芯材时,梁弯曲的载荷-位移曲线的特点,另外对于结构的破坏进行了简单的力学分析。 第三章对空心球堆积结构材料进行了压缩实验研究。其中包括:乒乓球粘结为立方晶格结构的压缩实验研究,Al_2O_3空心球环氧树脂粘结堆积压缩实验研究。记录了结构的压缩载荷-位移曲线和结构的变形情况,对于Al_2O_3空心球堆积结构,对其破坏过程进行了简单分析。 第四章介绍了采用非线性有限元软件ABAQUS对空心球(乒乓球)单球压缩实验的数值模拟。主要包括:对于单纯球的刚性板压缩,采用二维轴对称模型和三维半球壳模型;对于球粘结上下板的压缩,采用三维模型。计算了结构压缩的载荷-位移曲线和变形情况。单纯球压缩的计算结果与实验结果吻合较好;对于球粘结上下板的压缩,计算获得的载荷-位移曲线与实验曲线变化趋势基本一致。


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