多孔緩沖材料有限元結構分析與設計方法作者簡介

孫德強，陜西科技大學，副教授，先后主講過《仿真設計》、《面向對象的程序設計C 》、《電子商務》、《包裝管理學》、《包裝CAD》等課程；在化學工業(yè)出版社等出版教材2部，在《Composite Structures》、《Journal of Engineering Mechanics-ASCE》、《International Journal of Materials Research》、《Advance Materials Research》、《Applied Mechanics and Materials》、《包裝工程》等國內外期刊上發(fā)表論文40余篇，其中SCI/EI收錄5篇，EI收錄20余篇，CPCI-S收錄10余篇；負責省級科研項目1項，教育廳自然科學項目1項，西安市工業(yè)攻關計劃項目1項，校級科研項目多項，橫向項目2項，參與各級項目多項。獲得發(fā)明專利1項，在申發(fā)明專利2項，在申實用新型專利3項，取得軟件著作版權6項。

《多孔緩沖材料有限元結構分析與設計方法》共分為6章，分別是：多孔緩沖材料概述，ANSYS有限元結構分析基礎，蜂窩材料力學，泡沫材料力學，其他多孔緩沖材料力學以及緩沖設計方法。具體內容包括多孔緩沖材料的概念、制備、性能、應用等基礎知識，工程分析、計算機輔助工程分析、結構分析相關概念、有限元法的原理、ANSYS軟件，各類多孔緩沖材料力學和相關有限元分析，以及緩沖性能評價和緩沖設計方法。

《多孔緩沖材料有限元結構分析與設計方法》不僅把多孔緩沖材料力學和ANSYS有限元軟件兩者融合，還推出了各類多孔緩沖材料力學性能仿真、緩沖性能評價、緩沖設計方法的大量原創(chuàng)性內容。既注重理論性，又注重實踐性。內容安排由淺入深，循序漸進。適合包裝工程專業(yè)本科、研究生和包裝工程技術人員閱讀。

第1章多孔緩沖材料概述

1.1概念

1.2制備方法

1.2.1蜂窩材料

1.2.2泡沫材料

1.3性能與應用

1.3.1阻隔材料

1.3.2緩沖減振

1.3.3結構材料

1.3.4漂浮材料

1.3.5其他用途

1.4孔穴

1.4.1結構

1.4.2形狀

1.5相對密度

復習題

第2章ANSYS有限元結構分析基礎

2.1工程分析

2.1.1概念

2.1.2計算機輔助工程分析

2.1.3實例

2.2有限元結構分析

2.2.1有限元法

2.2.2ANSYS快速瀏覽

2.2.3有限元分析實例

復習題

第3章蜂窩材料力學

3.1六邊形蜂窩

3.1.1共面力學

3.1.2異面力學

3.2彈性模量的有限元計算

3.2.1基于特征單元的方法

3.2.2基于單元陣列的方法

3.3動態(tài)壓縮的有限元模擬

3.3.1方法

3.3.2實例

3.4各種蜂窩材料的力學性能

3.4.1三角形蜂窩

3.4.2四邊形蜂窩

3.4.3圓形蜂窩

3.4.4多層U形A瓦楞

復習題

第4章泡沫材料力學

4.1變形機制

4.2壓縮

4.2.1線彈性變形

4.2.2非線彈性變形

4.2.3塑性坍塌

4.2.4脆性壓潰

4.3拉伸

4.3.1線彈性變形

4.3.2非線彈性變形

4.3.3塑性坍塌

4.3.4脆性斷裂

復習題

第5章其他多孔緩沖材料力學

5.1木材

5.1.1結構

5.1.2力學性能

5.1.3模型

5.2軟木

5.2.1結構

5.2.2力學性能

5.3網(wǎng)狀骨質

5.3.1結構

5.3.2力學性能

5.3.3模型

復習題

第6章緩沖設計方法

6.1國標中的緩沖包裝設計方法

6.1.1相關術語

6.1.2設計要求

6.1.3流程簡述

6.1.4具體方法

6.1.5應用技術

6.1.6相關試驗

6.2“緩沖系數(shù)最大應力曲線”法

6.2.1設計示例

6.2.2包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗方法

6.2.3緩沖系數(shù)的計算

6.3“最大加速度靜應力曲線”法

6.3.1設計示例

6.3.2包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗方法

6.4減振防護設計示例

6.4.1示例1

6.4.2示例2

6.5“能量吸收圖”法

6.5.1能量吸收圖的生成原理

6.5.2材質已知時厚度和密度優(yōu)化算法

6.5.3材質未知時基材材質優(yōu)化算法

6.6二維多孔材料共面動態(tài)緩沖性能的測定方法

6.6.1技術背景

6.6.2方法細節(jié)

6.6.3方法的可行性

6.6.4測定案例

復習題

燒結多孔材料雖然力學性能和耐腐蝕性能等因存在孔隙而不如致密金屬，但有些性能如熱交換能力、電化學活性、催化作用等卻因比表面增大而比致密金屬好得多。多孔材料還具有一系列致密金屬所沒有的功能，如孔隙能透過氣、液介質，能吸收能量，或起緩沖作用。燒結多孔材料因用途不同而各具特殊性能，如對過濾材料要求過濾精度、透過性和再生性；對某些多孔材料要求熱交換效率、電化學活性、聲阻性、電子發(fā)射能力等。

表征多孔結構的主要參數(shù)是：孔隙度、平均孔徑、最大孔徑、孔徑分布、孔形和比表面。除材質外，材料的多孔結構參數(shù)對材料的力學性能和各種使用性能有決定性的影響。由于孔隙是由粉末顆粒堆積、壓緊、燒結形成的；因此,原料粉末的物理和化學性能,尤其是粉末顆粒的大小、分布和形狀，是決定多孔結構乃至最終使用性能的主要因素。多孔結構參數(shù)和某些使用性能（如透過性等）都有多種測定原理和方法?？讖匠Ｓ脷馀莘ā怏w透過法、吸附法和汞壓法等來測定，比表面常用低溫氮吸附法和流體透過法來測定。選擇測定方法時應盡量選用與使用條件相近的方法。流體透過多孔體的運動在層流條件下服從達西公式，即流速與壓力梯度成正比，與流體粘度成反比，其比例常數(shù)即透過系數(shù)為反映材料透過能力的特征參數(shù)。當貫通孔隙度、孔徑增大時，或多孔體厚度、流體粘度減小時，燒結多孔材料的透過能力隨之增大。燒結多孔材料的力學性能不僅隨孔隙度、孔徑的增大而下降，還對孔形非常敏感，即與“缺口”效應有關?？紫抖炔蛔儠r，孔徑小的材料透過性小，但因顆粒間接觸點多，故強度大。過濾精度即阻截能力是指透過多孔體的流體中的最大粒子尺寸，一般與最大孔徑值有關?？讖椒植际嵌嗫捉Y構均勻性的判據(jù)。對于過濾材料要求在有足夠強度的前提下，盡可能增大透過性與過濾精度的比值。根據(jù)這些原理，發(fā)展出用分級的球形粉末為原料，制成均勻的多孔結構，用粉末軋制法制造多孔的薄帶和焊接薄壁管，發(fā)展出粗孔層與細孔層復合的雙層多孔材料。

多孔材料可由多種金屬和合金以及難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物和

硅化物等制成，但常用的是青銅、不銹鋼、鎳及鈦等。多孔材料的孔隙度一般在15%以上，最高可達90%以上，孔徑從幾百埃到毫米級。多孔材料的孔隙度一般粗分為低孔隙度(<30%)、中孔隙度(30～60%)、高孔隙度(>60%)三類，孔徑分為粗孔(>50nm)、中等孔（2～50nm）和微孔(<2nm)三種。低孔隙度的多孔材料主要是含油軸承，高孔隙度的還包括金屬纖維多孔材料和泡沫金屬，主要用于電池極板、絕熱、消音、防震等。大量使用的過濾材料和發(fā)汗冷卻材料（見金屬發(fā)汗材料）多為中等孔隙度。過濾用的多孔材料可按過濾精度和流量分成等級系列。

多孔模具鋼的金相組織(ESEM)內部隨機分布著大量三維空間互通的孔洞。由于該模具鋼的透氣性好，所以，鑄出的鑄件表面輪廓清晰；其二，充型阻力減小，于是充型動力也可以減??；其三，模具的合模力可以減??；其四，模具的重量可以減輕，僅為原來模具的三分之二，節(jié)約了金屬材料；其五，上述優(yōu)點的綜合，可以簡化模具結構的設計和對注塑機、壓鑄機型號的選擇。從多孔鋼在模具上的應用實例可以看出，多孔金屬材料的研制利應用具有省能源，省資源，有利于材料的循環(huán)利用 l地球環(huán)境的保護，所以具有廣闊的應用前景利深遠的經(jīng)濟效益及社會效益。

隧道緩沖結構，鐵路行業(yè)用語，指隧道兩端洞口為緩解空氣動力學效應而設置的結構。

鐵路行業(yè)用語，指隧道兩端洞口為緩解空氣動力學效應而設置的結構。