《基於動態性能的超輕質點陣材料結構一體化設計》是依託北京大學，由蘇先樾擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：基於動態性能的超輕質點陣材料結構一體化設計
- 項目負責人：蘇先樾
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從理論、實驗和數值分析三方面研究超輕質點陣材料中應力波傳播規律和結構的動態回響。針對幾種典型的超輕點陣材料，結合其微結構尺度微小和三維周期排布的特點，發展適用於三維周期微結構中應力波傳播的理論和數值方法以及相關的實驗技術，探索其中應力波傳播的規律和特點，以及這些規律、特點與超輕點陣材料微結構尺度、構型和材料等的關係；通過理論和實驗的方法探索超輕點陣材料微結構引起的尺度效應對巨觀性能的影響，尋求適用的均勻化描述方法，以此研究超輕點陣材料整體的動態回響；利用超輕點陣材料中應力波傳播規律和整體的動態回響，探索能夠實現特定功能（如減振、隔振、降噪）的微結構尺度、構型和材料類型最佳化方法，提出一、兩種基於動態性能的超輕點陣材料的最佳化設計方案。
結題摘要
本課題從理論、實驗和數值分析三方面研究了超輕質點陣材料中應力波傳播規律和結構的動態回響，主要工作如下： 1、研究了點陣材料結構的波傳播規律：將回傳射線矩陣法套用於一維周期桿、梁結構，發展了相應的一維周期性梁、桿中彎曲波與縱波頻散關係曲線計算方法，並揭示了頻散的禁帶現象；提出了一種二維點陣材料構型的改進設計，採用有限元法與Bloch定理結合的方法計算了該構型的彈性波頻散關係。結果表明，其頻散關係中不僅會有由於周期性引起的帶隙，而且還存在由於子結構的局域化共振導致的局域共振帶隙，並利用此原理設計了一個能夠阻隔較寬頻率範圍內的振動的點陣材料結構；基於雷射測振儀發展了點陣夾芯板結構中應力波傳播測試技術，得到了結構中波場分布。實驗結果表明點陣夾芯鋁板中波前和均勻鋁板中一樣呈柱狀擴散傳播，但波場呈現局部振盪傳播、更複雜。 2、以金字塔型和四面體型桁架核心夾芯板為例，通過單胞的力學分析，得到等效彎曲剛度、橫向剪下剛度等彈性常數，將三維點陣夾芯板等效為二維均勻連續板，並獲得了考慮剪下變形的四邊簡支條件下夾芯板的自振頻率和屈曲載荷的封閉解。對單胞幾何參數進行最佳化設計，可使結構獲得更強的抗屈曲能力；開展了相應的點陣夾芯板動態測試，結果表明均勻化模型預測的動態回響在低頻情況下與實驗結果吻合較好，但是高頻情況下，點陣夾芯結構會出現局部高階振型，無法用均勻化模型描述;且點陣夾芯板的振型不同於均勻板具有非對稱性、局部震盪等特點。 3、發展了同屬輕質材料的高分子多孔材料內部細觀結構的量化表徵實驗技術，研究了材料細觀結構特性對其力學性質的影響。提出了一個含尺寸分布因子變數的適用於不規則多孔固體材料的等效力學模型，該模型預測的結果與實驗結果更加吻合。
