基于Micro-CT不同孔隙结构的陶瓷材料重建与内部流场模拟研究

为了探究不同孔隙结构下多孔羟基磷灰石陶瓷材料内部结构的连通性,结合三维重建技术,并从以下三方面评估多孔材料的连通性:1)基于扫描数据重建多孔材料内部结构的三维特性;2)基于重建模型定量分析孔隙参数对连通性的影响;3)采用Fluent数值分析软件重构多孔材料二维模型,建立液体流动模型。结果显示,孔隙率的变化很大程度影响多孔材料的迂曲度,孔隙迂曲度的提高内部渗透性也相应提高。液流模拟(流速分布)发现,孔径的大小以及孔隙率的变化都会影响多孔材料的渗透性。     

闭孔泡沫铝的表面积与耐腐蚀性能

通过建立闭孔泡沫铝表面积模型,并进行相应的腐蚀试验,研究了泡沫铝孔结构参数与表面积和耐腐蚀性能的关系.结果表明:平均孔径一定时,材料孔隙率越大,实际表面积越大;孔隙率一定时,平均孔径越小,实际表面积越大;闭孔泡沫铝的耐腐蚀性远低于实体金属,在孔径相近情况下,随孔隙率的增大,耐腐蚀性能下降;孔隙率增加,使材料耐腐蚀性能下降的根本原因是表面积的增大.     

泡孔微结构对弹性泡沫材料宏观压缩力学性能的影响分析

弹性泡沫材料是一类典型的非均质多孔材料,其宏观力学特性取决于基体材料特性和细观组成。通过构造一系列泡孔规则分布、朝向随机的椭圆形泡孔模型,以及随机分布圆形泡孔模型,采用有限元方法分析了弹性泡沫材料细观变形机制,以及泡孔形状、泡孔分布以及孔隙率等因素对弹性泡沫材料宏观压缩力学性能的影响规律。细观力学模型计算结果表明,弹性泡沫材料的单向压缩应力—应变曲线表现出泡沫材料共有的三阶段变形特性;与椭圆形泡孔模型相比,圆形泡孔模型具有较长的压缩平台段和稳定的力学性能;制备规则分布的球形泡孔结构是弹性泡沫材料微结构设计的优选方案。研究结果可用于指导弹性泡沫微结构设计。     

高温发汗润滑多孔材料基体强度的计算模型

基于高温发汗润滑多孔材料基体厚壁均质有序孔结构的特征,以薄壁蜂窝状结构为基础,引入表征其特征参数值入,构建了新的多孔材料强度计算模型,推导出可在较宽参数范围内计算厚壁均质孔材料相对密度和孔隙率对其基体强度影响的表达式;并以金属陶瓷为材料基体骨架,计算了不同孔隙率材料的抗压强度,计算结果与传统多孔陶瓷材料经验公式理论值的一致性表明建立的计算模型具有较宽的工程适应性.在此基础上得出材料弹性模量随孔隙率的增大而减小,且当孔隙率小于0.6时,材料弹性模量减幅较大;材料泊松比随孔隙率的增大而增大,且当孔隙率大于0.4时,泊松比的增幅明显变大.     

基于气凝胶气体扩散的二氧化碳浓度梯度平台的设计

为了更简单并准确的形成二氧化碳(Carbon Dioxide,CO_2)气体浓度梯度,构建具有生理意义的CO_2浓度梯度范围,从而研究不同浓度CO_2引起的细胞响应,本文通过仿真和实验相结合的方法,对CO_2在多孔介质气凝胶中的扩散情况进行了研究。首先通过气体在多孔介质内扩散的经验公式,估算扩散系数,利用COMSOL Multiphysics软件,建立CO_2气体扩散模拟三维模型,研究不同平均孔隙半径和孔隙率对CO_2气体在多孔介质气凝胶中扩散的影响。结果表明,多孔介质的平均孔隙半径和孔隙率越大,达到CO_2浓度梯度稳态所用的时间越短,但对最后在多孔介质内形成的浓度梯度没有影响。最后设计并搭建基于气凝胶的CO_2浓度梯度发生装置,初步验证仿真结果。     

多孔预制体对SiC/Al复合材料孔隙率的影响

采用无压浸渗法制备了SiC含量较高的SiC/Al复合材料,分析了造孔剂添加量对多孔预制体孔隙率的影响,利用铝液浸渗多孔体理论分析了多孔顸制体孔隙结构对复合材料孔隙率的影响.结果表明:通过添加造孔剂可以调节多孔预制体的孔隙结构,使预制体的孔隙率增加;多孔预制体的孔隙结构的变化可以调节复合材料的孔隙率.多孔预制体的孔隙率越高、孔隙尺寸越大,则铝液浸渗畅通,复合材料的孔隙率越小.     

变厚度多孔梯度材料圆板的热后屈曲分析

为分析多孔梯度材料圆板在非均匀温度场中的热后屈曲响应,基于经典板理论和物理中面概念建立了梯度多孔材料圆板在热载荷作用下的控制微分方程,其中假设厚度变化沿半径为二次抛物线型且板在其厚度上具有对称和非对称的非均匀孔隙率分布。采用打靶法数值求解了问题的屈曲和后屈曲响应,给出了均匀升温和热传导下的梯度多孔非线性变厚度圆板后屈曲平衡路径。结果显示：变厚度系数、孔隙率系数、孔隙分布方式以及温度场对板的临界载荷和后屈曲平衡路径均有影响;在不同温度场中孔隙率系数越大,屈曲时的临界载荷越小;孔隙率对称分布下的临界载荷大于非对称情况下的。     

渗流铸造多孔泡沫铅电极的性能测试分析

对用渗流铸造法制备的多孔泡沫铅电极性能进行了研究。给出了可充分反映其内部三维网络骨架结构的形貌，定量测试了多孔泡沫铅电极的孔隙率、孔径、密度、抗压强度以及充放电后的成分，分析了电极孔径大小和表面化学处理对放电性能的影响，为研究高比能长寿命轻量电极材料提供了依据。     

冰模板法制备仿生双孔径-定向孔隙毛细芯的结构和性能

使用不同固相含量水基镍粉浆料,通过冰模板法在不同冷冻温度和不同烧结温度下制备了仿木质部孔隙结构的毛细芯,观察了其微观孔隙结构,研究了固相含量、冷冻温度对毛细芯孔隙结构和性能的影响。结果表明:冰模板法制备的新型毛细芯具有植物木质部特有的定向孔隙,孔隙具有双孔径,呈有序排列的蜂窝状;随着固相含量增加,毛细芯孔壁厚度增加、孔径减小、孔隙率及渗透率降低;随着冷冻温度降低,孔隙率基本不变、孔径减小、渗透率降低;与传统方法烧结的毛细芯相比,冰模板法制备的毛细芯具有更大的孔隙率及渗透率。     

航空发动机金属泡沫通风器阻力特性研究

不同工况(入口流量、转速)对金属泡沫内部流体的流动特性有重要的影响。根据金属泡沫的孔隙率和孔密度建立了金属泡沫简化模型;在此基础上,采用圆管数值模拟得出多孔介质参数;最后利用FLUENT软件及其多孔介质模型数值模拟了金属泡沫通风器在不同工况下的阻力特性。研究结果表明,金属泡沫通风器的压力降随着通风器流量的增加而增加,转速对通风器阻力特性的影响规律与该规律相似。这项成果,为金属泡沫通风器的研究及应用提供了理论支持。     

基于Voronoi模型的钽材料孔隙率与弹性模量辨识

多孔材料的弹性模量辨识,是研究多孔材料力学性能的重要部分。采用三维Voronoi随机分布模型,研究了多孔钽在准静态载荷作用力下的力学性能。建立给定孔密度下的Voronoi随机分布模型,并以梁单元的形式构建有限元模型,通过改变梁单元直径构造同一微结构下的不同孔隙率模型,进行有限元力学分析,辨识不同孔隙率下多孔模型的等效弹性模量。对实验结果数据进行分析,验证所辨识多孔模型等效弹性模量与孔隙率关系,与实验结果一致。     

Fe3Al金属间化合物多孔材料的孔隙特征

通过在Fe3Al粉末中添加挥发性造孔剂,利用粉末冶金技术制备了Fe3Al金属间化合物多孔材料,研究了其孔隙特性和成孔机理,并通过计算分析了孔隙比表面积及平均有效孔径.结果表明:随着Fe3Al多孔材料的开孔隙率不断增加,材料比表面积不断减小,平均有效孔径不断增大;通过近似计算,得出添加25%聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的试样平均有效孔径达到21.6μm,比表面积超过2000cm2·cm-3;Fe3Al多孔材料内部大孔壁上的微孔可以帮助造孔剂顺利挥发排除,也可以增加Fe3Al多孔材料比表面积和渗透性能.     

多孔质气浮轴承制造工艺对多孔材料渗透性能影响的实验研究

多孔质材料用作多孔质节流器通常要经过加工处理,为了探究多孔质气浮轴承的合理制造工艺以及多孔材料的孔隙结构和渗透率随着不同加工状态的变化,研究加工工艺对多孔材料孔隙结构的影响,分析并测试加工过程中多孔材料的渗透率大小及均匀性,并对制成的气浮轴承进行静态性能测试。结果表明:普通的机械加工如车削和磨削均会让多孔材料的表面堵塞,而腐蚀和研磨加工是恢复多孔材料渗透性的常用方法,其中研磨是使多孔材料满足要求的最佳工艺;不同粒径大小的研磨液对多孔材料渗透率的恢复程度不同,多次研磨后的渗透率要大于单次研磨的渗透率,表明通过研磨工艺可以主动控制多孔材料的渗透性能,制造出性能优良的多孔质气浮轴承。     

Bezier曲线优化Voronoi泡沫铝几何模型研究

闭孔泡沫铝材料因其轻质、比强度和比刚度高、抗冲击和吸能特性好等优点在汽车制造等领域应用广泛。然而,目前用于仿真计算的泡沫铝材料几何建模研究仍有不足,广泛使用的Voronoi模型无法模拟真实泡沫铝材料内部圆弧状的胞孔结构。在传统Voronoi模型基础上,建立具有周期性边界的二维Bezier曲线优化模型。通过引入填充度概念,并建立孔隙率关于填充度的一元幂函数方程,可以生成71%～93%指定孔隙率二维泡沫铝几何优化模型,能够还原真实泡沫铝内部结构。利用优化模型进行泡沫铝材料单轴压缩仿真计算,结果相较于传统Voronoi模型更接近试验值。分析优化模型仿真计算过程中随机剪切带的演化,从细观变形角度验证了优化模型的准确性。Bezier曲线优化模型的开发为泡沫铝材料高仿真几何建模研究提供了理论基础。     

径向梯度多孔支架设计与力学性能分析

提出一种基于Gyroid曲面的径向梯度多孔支架的设计方法.通过调节中心孔隙率Pin,边缘孔隙率Pout,和梯度变化率n设计具有相同平均孔隙率,不同孔隙变化率的径向梯度多孔支架.采用有限元法(Finite element method,FEM)分析和力学试验方法分别对径向梯度多孔支架和均质多孔支架的力学性能进行研究,并对比其性能的差异.有限元分析结果显示,在平均孔隙率相同的条件下,所设计的径向梯度多孔支架力学性能优于均质多孔支架.平均孔隙率越高,径向梯度多孔支架相对均质多孔支架的力学性能越好;力学试验结果显示,当平均孔隙率为70％时,径向梯度多孔均质多孔支架弹性模量与抗压强度分别为(2.34±0.05)GPa和(67.63±1.33)MPa,径向梯度多孔支架弹性模量与抗压强度分别为(3.96±0.19)GPa和(90.83±3.35)MPa.有限元分析与力学试验共同说明了径向梯度多孔支架比均质多孔支架性能优异.     

复合材料孔隙形貌特征对超声波散射衰减影响的分析

采用有限差分正演模拟方法,针对基于统计学原理建立的复合材料二维随机孔隙模型,在保持孔隙率不变的前提下,计算了孔隙形状、取向及数量等因素单一变化及孔隙形貌特征多因素随机变化下的超声波衰减系数,并以0.03%~4.62%孔隙率的碳纤维复合材料为例,比较了超声波衰减系数的理论计算结果和实验测试结果。研究表明,孔隙形状(宽长比)、取向和数量均对超声波衰减系数有影响,且孔隙形貌的随机性会引起超声波衰减系数的波动。     

定向孔隙多孔储油介质的制备与评价

提出一种具有定向孔隙多孔储油介质的制备方法,该方法以聚四氟乙烯(PTFE)粉末作为基材,苯甲酸作为造孔剂,通过模压、涂覆高温密封胶和真空烧结得到具有定向孔隙的多孔介质。分析模压压力和造孔剂质量分数对多孔介质的硬度、密度、孔隙率、储油率和油保持率等性能的影响。试验结果表明,制备压力与多孔介质的硬度和干密度分别呈线性正效应关系和负效应关系,对孔隙率、储油率和油保持率的影响不显著。造孔剂质量分数与多孔介质的硬度和密度呈线性负效应关系,与孔隙率呈线性正效应关系;造孔剂质量分数越大,甩油初始渗油速率也越大,但对最终油保持率的影响并不显著。多孔介质内部孔隙具有溶洞型的纤维化组织结构,内部孔隙相互贯通,且具有良好的定向性。     

316L不锈钢多孔结构的选区激光烧结成型工艺研究

研究了一种新型的制备金属多孔结构技术-选区激光烧结,着重说明该技术的基本原理和工艺过程,并利用此制备技术对316L不锈钢粉末进行了激光烧结制备多孔材料的实验研究.利用SEM分析了316L不锈钢多孔试样的微观孔隙特征,并测定其孔隙率.结果表明,在较高的扫描速率下可获得孔径分布均匀、孔隙贯通性良好的多孔结构;随扫描速率逐渐提高,试样孔隙率和弹性模量呈上升趋势.     

泡沫铝硅材料静动态压缩特性试验研究

泡沫铝硅是一种新型材料，通过对该材料的静态、动态压缩试验，得到该材料的性能曲线及孔隙率影响材料性能的规律，同时根据多孔材料基本理论建立了静态载荷下泡沫铝硅的能量吸收模型及本构方程，并对静态载荷下能量吸收模型进行了试验验证，发现该材料静态载荷下能量吸收的理论值与试验值有良好的一致性，表明本模型基本能够满足实际工程应用需要。     

高孔隙率、小孔径泡沫铝的制备及压缩性能

以纯铝为基体材料、钙为增黏剂、TiH2为发泡剂制备了高孔隙率(80%)不同孔径的泡沫铝;研究了对发泡剂进行表面氧化处理、增黏搅拌时间、发泡剂加入量和发泡时间对泡沫铝孔结构的影响,并对不同孔径的泡沫铝进行了压缩试验。结果表明:对发泡剂进行氧化处理可以减缓其释放氢的速度,经过相同时间发泡后可获得孔径更小的泡沫铝,但要获得相同孔隙率的泡沫铝,则经氧化处理发泡剂的加入量应比未经氧化处理的大;延长增黏搅拌时间有利于获得小孔径泡沫铝;其他条件相同时,泡沫铝的孔径和孔隙率随着发泡时间的延长而增大;孔隙率相近时,孔径小的泡沫铝,单向压缩应力应变屈服平台较高,吸能能力也较大。