韌性結(jié)構(gòu)的案例
韌性結(jié)構(gòu)概念之損傷控制結(jié)構(gòu)
其實(shí)回答這個(gè)問(wèn)題時(shí)很難一下子給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的答案，任何的答案都是由前提的，比如在降低殘余位移角的角度，那自然主結(jié)構(gòu)越強(qiáng)越好，但事實(shí)上結(jié)構(gòu)的地震行為是復(fù)雜，我們必須要綜合的評(píng)價(jià)。很顯然，主結(jié)構(gòu)越強(qiáng)越好的論斷就會(huì)被否定，該想法就是樸素的一個(gè)極限想法，即結(jié)構(gòu)按照彈性設(shè)計(jì)（次結(jié)構(gòu)忽略），顯然我們不會(huì)這樣做。此外，這樣樸素的想法也是停留在從結(jié)構(gòu)靜力的角度來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)在地震下的動(dòng)力行為。所以主次結(jié)構(gòu)的剛度比和強(qiáng)度比的合理取值，是一個(gè)值得探索的工作。這里Angus給出一個(gè)定性結(jié)論（該結(jié)論是基于結(jié)構(gòu)等效單自由度非線性動(dòng)力反應(yīng)譜大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析得到）:結(jié)構(gòu)的屈服后剛度大是有利于于結(jié)構(gòu)壓制高階振型的不利影響，有利于降低結(jié)構(gòu)在地震下的峰值響應(yīng)的離散性，有利于提高結(jié)構(gòu)的韌性，但同時(shí)較大的屈服后剛度在其他滯回參數(shù)不變的前提下，會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耗能能力，會(huì)增加結(jié)構(gòu)的層間加速度的峰值響應(yīng)，不利于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等等。所以再次驗(yàn)證，評(píng)價(jià)一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響需要多指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行，否則得到的結(jié)論就會(huì)有失公允。
前文根據(jù)圖2在損傷控制階段前滯回規(guī)則可以得到結(jié)論：主次結(jié)構(gòu)需要有一個(gè)合理得剛度比和強(qiáng)度比，可以有效降低殘余變形。而且這個(gè)殘余變形可以通過(guò)理論推導(dǎo)定量的給出。那么帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題也是做自復(fù)位韌性結(jié)構(gòu)共同面對(duì)的：一定要追求靜力下的絕對(duì)的或者可忽略的殘余變形么？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的而回答，可以說(shuō)仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智。如果肯定的回答，我們所定義的韌性結(jié)構(gòu)的滯回規(guī)則就需要嚴(yán)格滿足一三象限的旗幟型規(guī)則。對(duì)于具有旗幟性滯回規(guī)則的結(jié)構(gòu)，相較于在同等剛度/強(qiáng)度或者等效強(qiáng)度/剛度下的具有近似理想彈塑性普通鋼框架而言，則其耗能能力是顯著降低的，帶來(lái)的問(wèn)題就是高階振型可能顯著影響（這里是可能），加速度響應(yīng)會(huì)顯著提高。
展開(kāi) 【科研分享】韌性概念之新型阻尼器研發(fā)及相應(yīng)結(jié)構(gòu)需求指標(biāo)評(píng)估
Journal of Constructional Steel Research 2023 Doi: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2023.107837
01
新型阻尼器研發(fā)
Development of newly dampers
隨著韌性概念的漸熱，各行各業(yè)都融合這個(gè)概念，韌性經(jīng)濟(jì)，韌性城市等等。在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，樸素的韌性結(jié)構(gòu)一開(kāi)始僅用于描述結(jié)構(gòu)的可恢復(fù)性，更為直接的，structural resilience 近似等于structural self-centring capacity. 在Angus 認(rèn)知里，我更傾向于結(jié)構(gòu)的韌性是更高的維度，不僅應(yīng)該囊括結(jié)構(gòu)的可恢復(fù)性，而應(yīng)該間接等價(jià)于結(jié)構(gòu)高性能屬性。在基于PT后張拉或者SMA 的材料并聯(lián)金屬屈服機(jī)制耗能裝置的自復(fù)位結(jié)構(gòu)中，研究者經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)結(jié)構(gòu)性能的矛盾，自復(fù)位和耗能行為。進(jìn)而，這類自復(fù)位結(jié)構(gòu)為了優(yōu)先確保自復(fù)位特征，其耗能行為大多數(shù)用modest 來(lái)描述。隨著研究的深入，很多學(xué)者也提出了這類結(jié)構(gòu)的高階模態(tài)影響顯著，對(duì)主結(jié)構(gòu)不利，樓層加速度較大，對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全不利。因此，研究者逐漸意識(shí)到，追求復(fù)位的同時(shí)應(yīng)該綜合的提高的結(jié)構(gòu)的性能。
展開(kāi) 金屬韌性損傷材料失效模型應(yīng)用實(shí)例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
在常溫狀態(tài)下，大多數(shù)工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會(huì)使用韌性損傷漸進(jìn)失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經(jīng)歷彈塑性階段后達(dá)到損傷起始點(diǎn)a，繼續(xù)承載，損傷后的材料剛度折減，出現(xiàn)軟化，直到損傷參數(shù)D=1時(shí)，材料剛度退化為0，單元?jiǎng)h除。
韌性材料損傷漸進(jìn)失效模型
工程案例：
鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質(zhì)量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費(fèi)部分為鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計(jì)9個(gè)inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開(kāi) 【一點(diǎn)科研筆記】基于SMA的自復(fù)位結(jié)構(gòu)的一點(diǎn)思考
以往的震害表明，基于當(dāng)下規(guī)范設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本上能夠?qū)崿F(xiàn)生命安全的性能目標(biāo)，但是在地震中損壞的建筑可能由于修復(fù)的成本和難度不得不面臨拆除，也就是說(shuō)這些損傷的建筑即使在震中沒(méi)有倒塌，但是在功能上已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)倒塌的狀態(tài)。可以想象，這樣的資源浪費(fèi)是很巨大的。這個(gè)時(shí)候，也可以扯上不滿足國(guó)家的“減碳”戰(zhàn)略。所以，可持續(xù)發(fā)展落實(shí)到單體結(jié)構(gòu)，就需要結(jié)構(gòu)具備可恢復(fù)性性能，或者高大上點(diǎn)，我們稱之為韌性結(jié)構(gòu)。今天的主題就是基于SMA 的可恢復(fù)性結(jié)構(gòu)（今天所講的是基于NiTi的超彈SMA， 對(duì)于其他類可能不適合）。
先講我個(gè)人的觀點(diǎn)：如果SMA 材料作為節(jié)點(diǎn)，構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度的主要貢獻(xiàn)者，那么我們就會(huì)面對(duì)一個(gè)很嚴(yán)厲的質(zhì)疑，這也是做基于SMA 韌性結(jié)構(gòu)所要面對(duì)的問(wèn)題：你的研究有工程價(jià)值么？其實(shí)，這些年我一直也在思考這個(gè)問(wèn)題。SMA 風(fēng)靡在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域，大概是因?yàn)樗邆湟韵聝牲c(diǎn)特點(diǎn)：1）基于應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的奧氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的超彈效應(yīng)；2）因?yàn)椴牧暇Ц竦奈⒂^轉(zhuǎn)變導(dǎo)致材料在加載和卸載的路徑不重合，就是我們靜力學(xué)上稱之為靜力滯后（耗能能力），使得他非常適合于構(gòu)造新型的韌性結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 
Mater: 3D打印高剛性&韌性多核殼架構(gòu)網(wǎng)格
【引言】
盡管最近在輕質(zhì)材料的設(shè)計(jì)和制造方面取得了一些進(jìn)展，但是制備兼有高剛度和高韌性的結(jié)構(gòu)材料仍然存在許多挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些性能常常是相互排斥的。天然材料通過(guò)在多個(gè)尺度上結(jié)合不同的增韌機(jī)理克服了這些限制。為了提高斷裂韌性，需要能量吸收機(jī)制來(lái)增加臨界裂紋在失效前拉伸長(zhǎng)度。然而，將這種類型的機(jī)制引入到網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)中非常困難，因?yàn)闃?gòu)建復(fù)雜的支撐體結(jié)構(gòu)十分具有挑戰(zhàn)性。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，瑞士蘇黎世大學(xué)的Kristina Shea和哈弗大學(xué)的Jennifer A. Lewis（共同通訊作者）報(bào)道了一種用于制造由核殼（C-S）支柱構(gòu)成的建筑網(wǎng)格的新方法，借助于擠出成型的3D打印技術(shù)，研究人員得到了同時(shí)具有高硬度和韌性的三維結(jié)構(gòu)。由核殼支柱構(gòu)成的這些架構(gòu)網(wǎng)格包含具有柔性環(huán)氧核-脆性環(huán)氧殼結(jié)構(gòu)單元的各向異性正交支柱，用柔性核-彈性殼界面薄殼單元生產(chǎn)的架構(gòu)晶網(wǎng)格同時(shí)表現(xiàn)出了高剛度和高韌性。相關(guān)研究成果以“Architected Lattices with High Stiffness and Toughness via Multicore–Shell 3D Printing”為題發(fā)表在Advanced Materials上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖一 多核殼噴嘴的示意圖和打印所用墨水的流變學(xué)性質(zhì)圖
（a）連接到核心的同軸打印頭，接口和外殼油墨容器的光學(xué)圖像
（b）C-S打印頭的橫截面示意圖
（c）從C-S噴嘴中共同擠出的柔性環(huán)氧芯（紅色），彈性體硅氧烷界面（藍(lán)色）和脆性環(huán)氧殼（灰色）油墨的相對(duì)應(yīng)的假彩色光學(xué)圖像。
展開(kāi) 力學(xué)所《Nano Lett》：揭示納米級(jí)褶皺的增強(qiáng)增韌反常規(guī)機(jī)制！
近日，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魏宇杰研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)原子尺度模擬和理論分析，報(bào)道了高強(qiáng)度和高韌性的堆疊無(wú)定形碳基復(fù)合材料，并揭示出納米級(jí)褶皺產(chǎn)生的增強(qiáng)增韌這一反常規(guī)機(jī)制，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Letters上。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01462
石墨烯等低維碳基材料具有極高的面內(nèi)強(qiáng)度和楊氏模量，但其三維堆疊結(jié)構(gòu)難以繼承這些優(yōu)勢(shì)且表現(xiàn)出極端脆性。科研人員通過(guò)模擬和理論分析，設(shè)計(jì)出基于二維無(wú)定形碳薄膜的堆疊結(jié)構(gòu)，與大多堆疊結(jié)構(gòu)材料不同的是，其同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度（GPa）和類塑性的大變形。對(duì)變形過(guò)程分析發(fā)現(xiàn)，大量初始缺陷引起的表面粗糙度和單原子層固有的面外柔性是其增強(qiáng)增韌的兩個(gè)關(guān)鍵因素。在拉伸過(guò)程中，表面大量的納米級(jí)褶皺會(huì)帶來(lái)不均勻的小尺度層間界面滑移，從而導(dǎo)致剪應(yīng)力的不均勻分布和類塑性變形，避免了材料的突然失效。上述結(jié)論對(duì)其他類型的原子尺度薄膜材料具有普遍性，為提高范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的韌性，有效避免災(zāi)難性失效提供了新策略。
力學(xué)所博士研究生謝文慧為論文第一作者，魏宇杰為論文通訊作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。
二維無(wú)定形碳的三維堆疊，由此產(chǎn)生的非晶碳基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度（~3.5 GPa）和良好的韌性。堆疊結(jié)構(gòu)示意圖和原子構(gòu)型（左），層中的納米級(jí)褶皺是增強(qiáng)增韌源頭；堆疊片層尺寸b對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響（右）。
展開(kāi) 摩擦焊鉆桿耐磨帶敷焊工藝參數(shù)
預(yù)熱可降低焊接金屬和熱影響區(qū)冷卻速度，產(chǎn)生一種更有韌性合金結(jié)構(gòu)，可防止裂紋產(chǎn)生。
(5)保溫冷卻焊接后必須保證加焊耐磨帶的鉆桿在靜止空氣中緩慢冷卻，為保證達(dá)到慢速降溫，焊接部位需要立即用保溫毯或保溫罐進(jìn)行保護(hù)。車間通風(fēng)扇的循環(huán)氣流應(yīng)避免直接吹向敷焊部位，直到敷焊部位溫度冷卻到低于60℃。
焊槍擺動(dòng)角度、送絲機(jī)構(gòu)等對(duì)耐磨帶敷焊也有一定影響。雖然影響因素眾多，但只要把握好以上幾點(diǎn)主要因素，根據(jù)工藝規(guī)范結(jié)合實(shí)際情況操作，焊縫質(zhì)量可控在合理范圍。
2北京固本耐磨帶敷焊工藝參數(shù)
在原有工藝基礎(chǔ)之上，通過(guò)大量焊接試驗(yàn)，實(shí)時(shí)觀察與調(diào)整，不斷更新改進(jìn)已有工藝并形成規(guī)范，將有助于耐磨帶質(zhì)量控制。
鉆桿接頭G105無(wú)縫鋼管檢驗(yàn)規(guī)范為：
(1)觀察鉆桿接頭及管體表面，保證表面干凈，清除各種雜質(zhì)，如粉塵、污物、油脂、油漆、表面涂層等，清除螺紋處潤(rùn)滑劑及積存化合物。
(2)確保工件在電焊機(jī)卡盤(pán)位置準(zhǔn)確，找正，確保堆焊部位同心度誤差在0.76mm以內(nèi)。
(3)用石棉布將鉆桿接頭兩端堵死或者膠布粘住護(hù)絲扣，阻止內(nèi)部氣流流動(dòng)。
焊接設(shè)備檢驗(yàn)規(guī)范為：
(1)檢查設(shè)備電源是否穩(wěn)定，焊接電流200~320A，電弧電壓24~34V，CO2純度為100%，且氣體流量表頭指示正確。
(2)檢查焊槍頭是否安裝正確，角度、位置準(zhǔn)確，清潔干凈。
(3)檢查送絲機(jī)構(gòu)是否正常工作，北京固本耐磨帶焊絲饋送是否正常，且張緊。
展開(kāi) 美國(guó)西北大學(xué)多材料3D打印仿生螺旋結(jié)構(gòu)
螺旋結(jié)構(gòu)普遍存在于動(dòng)植物結(jié)構(gòu)中，而這些生物結(jié)構(gòu)往往具有較高的損傷抗性，具有優(yōu)異的抗斷裂性能。美國(guó)西北大學(xué)的Zaheri等利用Stratasys開(kāi)發(fā)的多材料3D打印機(jī)Connex350對(duì)螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿生打印，借此研究螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷容限性能。
Zaheri等將研究成果發(fā)表分析了甲蟲(chóng)在不同生命階段的鞘翅中纖維的排布特點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)甲蟲(chóng)會(huì)因?yàn)椴煌A段的生物需求，而讓鞘翅中的纖維有不同的排布，如圖1所示，在幼蟲(chóng)階段，纖維是完全螺旋排布；而在成熟階段，纖維呈現(xiàn)不完全的螺旋排布。原因在于，幼蟲(chóng)階段，甲蟲(chóng)最大的需求是保護(hù)自身安全，因此高剛度纖維排布；而在甲蟲(chóng)成熟階段，甲蟲(chóng)需要哺食獵物，因此鞘翅要平衡飛行性能，所以采用不完全的螺旋排布設(shè)計(jì)。
圖1 甲蟲(chóng)在不同生長(zhǎng)階段的結(jié)構(gòu)形態(tài)：幼蟲(chóng)（TypeⅠ）和成熟期（TypeⅡ）
文章中對(duì)不同螺旋角度對(duì)結(jié)構(gòu)綜合性能的影響進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)及分析表明較低的單層螺旋角可產(chǎn)生改善的各向同性和增強(qiáng)的韌性，螺旋結(jié)構(gòu)具有較高的靈活性。
生物中有很多優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可以為人類提供嶄新的思路，為工程中的問(wèn)題提供解決方案，為新材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供嶄新的設(shè)計(jì)思路。類似這樣的螺旋結(jié)構(gòu)，3D打印為其研究提供了有效技術(shù)支撐，為仿生材料的應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)途徑，在不久的未來(lái)，隨著3D打印科技的發(fā)展，仿生方面的研究將進(jìn)入全新的領(lǐng)域。
來(lái)源：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
展開(kāi) 柔性屏彎折試驗(yàn)機(jī)：從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線的全場(chǎng)景測(cè)試應(yīng)用
一、實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段：探索材料與結(jié)構(gòu)極限
（一）材料性能評(píng)估
1、抗疲勞性能測(cè)試：柔性屏彎折試驗(yàn)機(jī)模擬材料在實(shí)際使用中反復(fù)折疊或彎曲的應(yīng)力狀態(tài)。例如，對(duì)于聚酰亞胺（PI）等常用柔性基板材料，通過(guò)設(shè)定不同的彎折角度（如 180° 對(duì)折）、速度及循環(huán)次數(shù)，測(cè)定材料在斷裂前的耐折疊次數(shù)，以此評(píng)估其抗疲勞性能。
2、韌性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析：試驗(yàn)機(jī)可在彎折過(guò)程中，利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料的應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線，分析材料的韌性。同時(shí)，觀察材料在多次彎折后的結(jié)構(gòu)變化，如是否出現(xiàn)分層、脫粘等現(xiàn)象，評(píng)估其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對(duì)于多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的柔性屏，如包含有機(jī)發(fā)光層、電極層等，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析有助于優(yōu)化各層材料的匹配與界面結(jié)合力。
（二）新型結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)驗(yàn)證
1、鉸鏈結(jié)構(gòu)測(cè)試：折疊屏手機(jī)、平板等設(shè)備的鉸鏈設(shè)計(jì)對(duì)柔性屏的彎折性能影響重大。彎折試驗(yàn)機(jī)可模擬不同鉸鏈結(jié)構(gòu)在開(kāi)合過(guò)程中對(duì)柔性屏的作用力，驗(yàn)證鉸鏈的 180° 開(kāi)合壽命、UTG 玻璃與水滴鉸鏈的匹配性等。例如，對(duì)新型雙軸鉸鏈、懸浮式鉸鏈進(jìn)行疲勞測(cè)試，通過(guò)監(jiān)測(cè)彎折過(guò)程中的扭矩、反作用力等參數(shù)，評(píng)估鉸鏈結(jié)構(gòu)的合理性，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
折疊屏手機(jī)壽命試驗(yàn)機(jī)WH-1711-2
2、驅(qū)動(dòng)電路可靠性驗(yàn)證：在柔性屏彎折過(guò)程中，AMOLED 折疊屏的驅(qū)動(dòng)電路需保持信號(hào)穩(wěn)定。彎折試驗(yàn)機(jī)可在 180° 彎曲狀態(tài)下，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通電阻、信號(hào)傳輸穩(wěn)定性等進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其可靠性。通過(guò)監(jiān)測(cè)電路參數(shù)在彎折循環(huán)中的變化，發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并改進(jìn)電路設(shè)計(jì)，確保柔性屏在不同彎折狀態(tài)下的正常顯示。
二、生產(chǎn)線質(zhì)量控制：保障產(chǎn)品一致性與可靠性
（一）原材料抽檢
1、柔性電路板（FPC）檢測(cè)：在手機(jī)、PDA 等電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的 FPC 軟板 / 線路板，其耐撓折、耐屈折壽命直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。
展開(kāi) 柔性屏彎折試驗(yàn)機(jī)：從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線的全場(chǎng)景測(cè)試應(yīng)用
同時(shí)，觀察材料在多次彎折后的結(jié)構(gòu)變化，如是否出現(xiàn)分層、脫粘等現(xiàn)象，評(píng)估其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對(duì)于多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的柔性屏，如包含有機(jī)發(fā)光層、電極層等，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析有助于優(yōu)化各層材料的匹配與界面結(jié)合力。</p><h1>（二）新型結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)驗(yàn)證</h1><p>1、鉸鏈結(jié)構(gòu)測(cè)試：折疊屏手機(jī)、平板等設(shè)備的鉸鏈設(shè)計(jì)對(duì)柔性屏的彎折性能影響重大。彎折試驗(yàn)機(jī)可模擬不同鉸鏈結(jié)構(gòu)在開(kāi)合過(guò)程中對(duì)柔性屏的作用力，驗(yàn)證鉸鏈的 180° 開(kāi)合壽命、UTG 玻璃與水滴鉸鏈的匹配性等。例如，對(duì)新型雙軸鉸鏈、懸浮式鉸鏈進(jìn)行疲勞測(cè)試，通過(guò)監(jiān)測(cè)彎折過(guò)程中的扭矩、反作用力等參數(shù)，評(píng)估鉸鏈結(jié)構(gòu)的合理性，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。</p><div contenteditable="false" width="100%">
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展開(kāi) Moldex3D模流分析之材料性質(zhì)與模型
藉由交聯(lián)劑的幫助，會(huì)在官能基附近產(chǎn)生交聯(lián)作用形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，透過(guò)交聯(lián)點(diǎn)之作動(dòng)使成為一個(gè)具有韌性的三維結(jié)構(gòu)，當(dāng)然此種交聯(lián)作用是一個(gè)不可逆的化學(xué)作用。與熱塑性材料不同的是熱固性材料一旦制成后便無(wú)法軟化也無(wú)法重制，且熱固性材料若收到超額的熱量時(shí)會(huì)崩解而不是融化。常見(jiàn)的熱固性材料有：環(huán)氧基樹(shù)酯成形化合物(EMC)、Phenoilics、不飽和多元酯、Polyurethane (PU)…等等。雖然紫外熟化熱固性材料在工業(yè)上也被廣泛的應(yīng)用，但目前Moldex3D-RIM中只支持熱誘發(fā)交聯(lián)材料。由動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，有兩種基本的主要熟化反應(yīng)，N階反應(yīng)及自動(dòng)催化反應(yīng)。N階反應(yīng)的速率只取決于反應(yīng)物的化學(xué)濃度，而自動(dòng)催化反應(yīng)的速率則取決于反應(yīng)物及生成物兩者的濃度。換句話說(shuō)，自動(dòng)催化反應(yīng)的生成物會(huì)加速反應(yīng)的進(jìn)行。大部分的熱固性材料的熟化機(jī)制都融合了以上兩種反應(yīng)。也因此融合了兩種熟化反應(yīng)的混合式模型也就因應(yīng)而生了。以下就是混合式模型的數(shù)學(xué)模型：
其中α 代表熟化率也就是熟化反應(yīng)的程度，α = 0 表示反應(yīng)物尚未開(kāi)始反應(yīng)，而當(dāng)α = 1時(shí)，則表示熟化反應(yīng)已經(jīng)完成。而α 被定義為所釋放出的熱以及總反應(yīng)熱的比值。
此模型可視為Ka (1-α)n 及Kb αm(1-α)n兩式的線性迭加，前部分是N階反應(yīng)的分布而后部分則是自動(dòng)催化的分布。當(dāng)Ka = 0, 此式會(huì)變成自動(dòng)催化反應(yīng)的式子；Kb = 0 則變成N階反應(yīng)的式子。
展開(kāi) 
梯度納米晶材料的本構(gòu)建模及微結(jié)構(gòu)調(diào)控
強(qiáng)度和韌性是衡量材料性能的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，高強(qiáng)度材料抵抗應(yīng)力的能力很好，而高韌性意味著材料能承受更多的塑性變形。但是，強(qiáng)度和韌性通常無(wú)法兼顧，超強(qiáng)材料往往容易發(fā)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致韌性很差，容易斷裂。近年來(lái)，能夠很好協(xié)調(diào)強(qiáng)度和韌性的梯度結(jié)構(gòu)材料逐漸興起，并且成為研究熱點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。
梯度結(jié)構(gòu)材料在自然界中就普遍存在，例如：竹子和貝殼就是典型的梯度材料，人類和動(dòng)物的骨骼也具有梯度結(jié)構(gòu)的特征。根據(jù)不同的材料變形機(jī)理和制備工藝，梯度結(jié)構(gòu)被越來(lái)越多地應(yīng)用到工程材料中，比如通過(guò)在內(nèi)部引入不同的梯度微結(jié)構(gòu)（梯度晶粒結(jié)構(gòu)、梯度孿晶結(jié)構(gòu)、梯度位錯(cuò)結(jié)構(gòu)、梯度相變結(jié)構(gòu)等），使材料具備更高的強(qiáng)度、硬度、加工硬化能力、延展性和抗疲勞性能。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前制備梯度結(jié)構(gòu)材料的方法已經(jīng)十分豐富，比如表面研磨、表面碾磨、物理或化學(xué)沉積、激光沖擊等。
為了更好地發(fā)展和應(yīng)用梯度結(jié)構(gòu)材料，需要預(yù)測(cè)不同梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，從而進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。因此，深入理解梯度結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)韌性機(jī)理、微結(jié)構(gòu)演化與宏觀力學(xué)響應(yīng)的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而建立描述梯度結(jié)構(gòu)材料變形行為的本構(gòu)模型，成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
圖1 不同的梯度微結(jié)構(gòu)示意圖。（來(lái)源：盧柯. 梯度納米結(jié)構(gòu)材料，金屬學(xué)報(bào) 51（2015）1-10）
在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《梯度納米晶粒/孿晶材料的本構(gòu)建模及微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（項(xiàng)目編號(hào)：1167020206）的資助下，西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院張旭研究組與德國(guó)馬普鋼鐵所Dierk Raabe教授團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)展研究，論文第一作者陸曉翀針對(duì)2011年中科院金屬所盧柯院士團(tuán)隊(duì)在《Science》上報(bào)道的梯度納米晶粒材料，建立了基于復(fù)雜位錯(cuò)演化機(jī)制的尺寸相關(guān)晶體塑性本構(gòu)模型，并引入了晶粒長(zhǎng)大機(jī)制和損傷演化模型。
展開(kāi) Moldex3D模流分析之等或非等向性機(jī)械性質(zhì)模型
藉由交聯(lián)劑的幫助，會(huì)在官能基附近產(chǎn)生交聯(lián)作用形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，透過(guò)交聯(lián)點(diǎn)之作動(dòng)使成為一個(gè)具有韌性的三維結(jié)構(gòu)，當(dāng)然此種交聯(lián)作用是一個(gè)不可逆的化學(xué)作用。與熱塑性材料不同的是熱固性材料一旦制成后便無(wú)法軟化也無(wú)法重制，且熱固性材料若收到超額的熱量時(shí)會(huì)崩解而不是融化。常見(jiàn)的熱固性材料有：環(huán)氧基樹(shù)酯成形化合物(EMC)、Phenoilics、不飽和多元酯、Polyurethane (PU)…等等。雖然紫外熟化熱固性材料在工業(yè)上也被廣泛的應(yīng)用，但目前Moldex3D-RIM中只支持熱誘發(fā)交聯(lián)材料。由動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，有兩種基本的主要熟化反應(yīng)，N階反應(yīng)及自動(dòng)催化反應(yīng)。N階反應(yīng)的速率只取決于反應(yīng)物的化學(xué)濃度，而自動(dòng)催化反應(yīng)的速率則取決于反應(yīng)物及生成物兩者的濃度。換句話說(shuō)，自動(dòng)催化反應(yīng)的生成物會(huì)加速反應(yīng)的進(jìn)行。大部分的熱固性材料的熟化機(jī)制都融合了以上兩種反應(yīng)。也因此融合了兩種熟化反應(yīng)的混合式模型也就因應(yīng)而生了。以下就是混合式模型的數(shù)學(xué)模型：
其中α 代表熟化率也就是熟化反應(yīng)的程度，α = 0 表示反應(yīng)物尚未開(kāi)始反應(yīng)，而當(dāng)α = 1時(shí)，則表示熟化反應(yīng)已經(jīng)完成。而α 被定義為所釋放出的熱以及總反應(yīng)熱的比值。
此模型可視為Ka (1-α)n 及Kb αm(1-α)n兩式的線性迭加，前部分是N階反應(yīng)的分布而后部分則是自動(dòng)催化的分布。當(dāng)Ka = 0, 此式會(huì)變成自動(dòng)催化反應(yīng)的式子；Kb = 0 則變成N階反應(yīng)的式子。
Combined 修正模型
當(dāng)反應(yīng)樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）高于熟化溫度時(shí)，熟化過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生玻璃化，這也意味著材料從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)。在玻璃化過(guò)程中，反應(yīng)速率會(huì)減慢，反應(yīng)變成擴(kuò)散控制。Modified Combined 模型包括考慮玻璃化效應(yīng)的玻璃化轉(zhuǎn)化率擴(kuò)散常數(shù)。
展開(kāi) 新論文：新型地震和連續(xù)倒塌綜合防御韌性PC框架承載力計(jì)算方法
什么是MHRPC框架
工程結(jié)構(gòu)的多災(zāi)害防御近年來(lái)成為國(guó)際土木工程的重要研究前沿。對(duì)于土木工程中最常見(jiàn)的混凝土框架結(jié)構(gòu)而言，諸多研究表明由地震引起的倒塌和結(jié)構(gòu)局部破壞導(dǎo)致的連續(xù)倒塌是混凝土框架結(jié)構(gòu)的兩大主要破壞形式。因此我們提出了一種新型的地震和連續(xù)倒塌綜合防御韌性PC框架（multi-hazard resilient prefabricated concrete frame ，MHRPC框架），詳情請(qǐng)參考：
新論文：這個(gè)混凝土框架能抗震，能防連續(xù)倒塌，還功能可恢復(fù)，您不進(jìn)來(lái)看看么？
地震與連續(xù)倒塌綜合防御韌性PC框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示：
(1) 框架梁和框架柱通過(guò)剪力傳遞板傳遞剪力，通過(guò)可更換耗能裝置和預(yù)應(yīng)力筋傳遞彎矩。
(2) 預(yù)應(yīng)力筋可以同時(shí)作為抗震的自復(fù)位鋼筋和抗連續(xù)倒塌的拉結(jié)配筋；
(3) 剪力傳遞板保障大變形下剪力的可靠傳遞；
(4) 可更換耗能裝置可以消耗地震和連續(xù)倒塌作用下的動(dòng)能。
圖1 MHRPC框架結(jié)構(gòu)
為了驗(yàn)證該體系的效果，我們同時(shí)開(kāi)展了抗震和防連續(xù)倒塌子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，簡(jiǎn)化版試驗(yàn)結(jié)果（與常規(guī)RC框架試件對(duì)比）
圖2. 抗震性能試驗(yàn)
（MHRPC框架：承載力高，二階剛度穩(wěn)定，殘余變形小）
圖3.
展開(kāi) 【科普系列】金屬與陶瓷“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”---金屬陶瓷層狀復(fù)合材料
微疊層復(fù)合材料中的強(qiáng)性層一般選用較高強(qiáng)度和彈性模量的結(jié)構(gòu)陶瓷，該層主要起強(qiáng)化的作用，當(dāng)受外界載荷時(shí)能保證材料具有較高的強(qiáng)度。陶瓷層通常選用SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等材料。韌性層一般選用金屬或有機(jī)物質(zhì)等韌性好的材料，保證材料具有良好的韌性。常見(jiàn)的韌性層材料有Ti、Ni、Fe等金屬材料，非金屬的石墨以及高分子材料的樹(shù)脂等。微疊層復(fù)合材料每個(gè)疊層的厚度通常要求為0.01~100 μm，而其性能是由每一個(gè)組分特性、體積分?jǐn)?shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、層間距和各組分之間的互溶度共同決定的。由于材料結(jié)構(gòu)的特殊性，金屬陶瓷層狀復(fù)合材料可以改善材料的斷裂韌度、疲勞性能、抗沖擊性能、抗磨損性能、抗腐蝕性能和阻尼性能等。
圖2 粉末冶金制備金屬陶瓷層狀復(fù)合材料工藝流程
最常見(jiàn)的金屬陶瓷層狀復(fù)合材料主要包括Ti基、Ni基、Al基、Mg基、Fe基、Cr基、耐熱金屬基、金屬間化物基等，其中以Al基、Ti基、Ni基復(fù)合材料發(fā)展較為成熟。Al基常見(jiàn)于以Al2O3（氧化鋁）、TiC（碳化鈦）和SiC（碳化硅）等為增強(qiáng)相的疊層復(fù)合材料，被認(rèn)為是航空、航天、武器裝備、車輛、艦船等領(lǐng)域工程部件上最有應(yīng)用前景的候選材料之一。Ti基復(fù)合材料經(jīng)過(guò)30 多年的研究，在航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，對(duì)飛行器減重設(shè)計(jì)提供重要支撐。鈦合金與鈦基疊層復(fù)合材料中存在著多尺度第二相以及不同的強(qiáng)化相分布結(jié)構(gòu)，以原位自生反應(yīng)形成的TiB晶須和TiC顆粒以及其他陶瓷相作為主要增強(qiáng)相。這種呈層狀分布的增強(qiáng)相富集區(qū)通過(guò)隧道裂紋、裂紋偏轉(zhuǎn)和壓應(yīng)力增韌等方式，降低裂紋尖端應(yīng)力因子和三向應(yīng)力集中水平，從而大幅提高材料的韌性和抗沖擊性能，如圖3所示。
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