本文關(guān)鍵詞：微點(diǎn)陣材料等效彈性性能及其尺寸效應(yīng)研究

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【摘要】：近十幾年來,點(diǎn)陣材料作為一種新型材料逐漸被關(guān)注和研究,并開始用于工程實(shí)踐。由于其特殊的幾何構(gòu)型,這類結(jié)構(gòu)不但可以擁有較高的比力學(xué)性能,是繼隨機(jī)泡沫和蜂窩之后的又一種重要結(jié)構(gòu)材料,而且由于開孔性帶來的可填充性,使得該材料有潛力成為一種功能材料。微點(diǎn)陣的出現(xiàn)則更晚,一般指特征尺寸達(dá)到微米量級(100微米以下)或更小的點(diǎn)陣材料。和常規(guī)點(diǎn)陣相比,這類點(diǎn)陣由于其尺度因素能擁有較大的比表面積,從而和其他微納多孔材料一樣,具有某些特殊功能應(yīng)用潛力。該類結(jié)構(gòu)繼承了宏觀點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并且往往采用多級設(shè)計(jì)的思想,使該類材料在超低密度下也能具有相對較高的比性能。但從另一個(gè)角度說,這種可設(shè)計(jì)性及小尺度化的優(yōu)勢也伴隨著一個(gè)困難,及如何解決更加復(fù)雜的多參數(shù)設(shè)計(jì)問題,尤其是當(dāng)考慮某些微納米效應(yīng)之后,經(jīng)典理論及分析方法往往很難用于該類材料。對上述問題,本文以一種“從桿件到結(jié)構(gòu)”的研究方式,將結(jié)構(gòu)的宏觀彈性性能相關(guān)參數(shù)表征為單個(gè)桿件的抗拉、抗彎、抗剪剛度和結(jié)構(gòu)參數(shù)(長細(xì)比、面芯角等)的函數(shù),從而可將簡單梁的基礎(chǔ)性能研究應(yīng)用于預(yù)測和分析整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能。并引入了橫向約束比的概念,將結(jié)構(gòu)類型表征為一個(gè)額外參數(shù),從而建立了一個(gè)由桿件性能映射多種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等效彈性性能的公式體系,該體系具有參數(shù)化程度高,適用范圍廣,精度高等特點(diǎn)。并且本文將該方法用于微納米點(diǎn)陣材料的研究,從分析單梁的拉壓和彎曲性能入手來分析由這些梁的構(gòu)成的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能。從而一方面探討了幾個(gè)在微納米尺度較為重要的理論,包括偶應(yīng)力理論和表面彈性理論等對結(jié)構(gòu)的影響;另一方面關(guān)注了如何從相關(guān)簡單結(jié)構(gòu)的數(shù)值化研究(實(shí)驗(yàn),分子模擬等)中獲取尺寸相關(guān)參數(shù)并且將這些參數(shù)應(yīng)用于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析。從而了解這些尺寸效應(yīng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)對微納點(diǎn)陣彈性性能的影響,修正點(diǎn)陣剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則使其適用于微納點(diǎn)陣體系并討論可能超低密度下的“超剛”點(diǎn)陣材料。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.4

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