一、拉胀材料研究的进展（论文文献综述）
兰志水[1]（2021）在《二维锗基材料的结果预测及其物性研究》文中进行了进一步梳理石墨烯的出现极大地激起了研究人员对二维纳米材料的兴趣。与体相材料不同的是,二维纳米材料的厚度仅在纳米级别。束缚在二维平面内的电子受到量子效应的影响,使得纳米材料具有优良的光学、电学以及机械等性质,因而被视为未来制备微型纳米器件的理想材料。在本文中,基于第一性原理计算,使用模拟计算软件Materials Studio在理论上预测了三种稳定的二维锗基纳米材料。主要的研究内容为:首先,在纳米尺度,使用分子进行组装是设计新型材料的一种方式。基于此,使用二锗醚分子进行组装,得到了一种新型的二维纳米材料,并命名为锗醚。其稳定性经由结合能、声子谱、热力学以及弹性常数的计算得到了验证。在电学性质方面,锗醚的带隙能够通过外加应变以及改变双层的堆砌方式来调控,并均能调控出直接带隙。另外,锗醚在机械性质上展现出独特的面内负泊松比。最后,以银（100）表面作为衬底进行分子脱氢与扩散的过程得到了计算。其次,基于等电子替换的思想,在理论上预测了二维Ⅳ-Ⅵ族化合物Ge2S。第一性原理计算表明二维Ge2S具有良好的动力学以及热力学稳定性。电学性质上,二维Ge2S是一种间接带隙（1.54 e V）半导体,施加单轴应变能够调控出直接带隙。光学性质上,二维Ge2S对于紫外光具有较强的吸收特性。另外,弹性常数的计算以及应变拟合的结果均证明二维Ge2S为拉胀材料,拓宽了其在纺织、军事等领域的应用。最后,基于氧化硅烯以及氧化锗烯具有的优良特性,从理论上预测了二维纳米材料Si Ge O。结合能、声子谱以及热力学的计算结果证实了它的稳定性。Si Ge O是带隙值为1.29 e V的间接带隙半导体,具有较高的电子迁移率,单轴应变能够引起间接-直接带隙的跃迁,并且其带隙值对外电场展现出一定的鲁棒性。另外,吸收光谱显示出Si Ge O在紫外到近红外波段拥有良好的吸收特性,表明其能够较为广泛的应用于光学器件。最后,对应变下变化的晶格常数间关系进行了拟合,结果证明单层Si Ge O属于拉胀材料。
廖名情[2]（2021）在《多元成分空间弹性数据模型与Nb-Ti-V-Zr合金高通量设计》文中指出金属材料是人类生产生活过程中最重要的材料之一,其通常作为结构材料应用。结构材料中力学性质是其首要考量,而在力学性质中,弹性性质是最基本但又最为基础的性能之一。根据弹性性质能进行多种优异性能的预测,如难熔合金中表现出的橡胶金属、生物医用特性等。目前0K下的二阶弹性常数可轻易的通过第一性原理计算获得,而目前对于外界条件（如高温、高压等）下的弹性常数获取困难。因此,如何快速评估材料在外界条件下的弹性性质对加速结构材料设计有着重要意义。在金属材料的设计上,过去主要是以一种元素作为基体,通过添加其他微量元素来进行性能的调控。而这种设计经验大大的限制了合金设计的可选成分范围。而近年来发展出来的高熵合金,突破了传统合金设计中基体的概念,从而大大的拓展了合金成分设计的范围,为设计具有优异性能的材料提供了更多可能。然而,多元合金在给合金的设计带来机遇的同时也带来了挑战,由于成分空间的大大增加,如何高通量的设计合金成分成了多元合金设计的一大难点。因此,本文以难熔合金为研究对象,从其相组成入手,研究了难熔合金中成分对相组成的影响,预测了不同成分下的难熔多元合金的相组成,在此基础上,综合考虑密度与BCC相的范围,选定了后续的研究体系,然后对该体系下全成分空间的BCC相进行了晶格常数、二阶与三阶弹性常数的研究,构建其BCC相在全成分空间的成分-性能关系数据库,根据构建的数据库,对该体系进行了高通量设计,并以三阶弹性常数为依据,引入其非线性效应,进而评估了在高温高压条件下该体系BCC结构的弹性常数。本文展示了一套从相组成到力学性能的多元合金的高通量设计范式,为多元合金的设计提供了新思路。对于难熔合金（包含Cr、Hf、Mo、Nb、Ta、Ti、V、W、Zr等元素）相组成的研究上,本文从文献数据以及相图上提取了大量成分-相组成数据,并采用机器学习的方法对其进行数据挖掘,构建了难熔合金成分-相组成的关系模型,进而对其相组成进行了预测。研究表明,以合金元素为描述符的支持向量机（SVM）模型最能反映难熔合金中的成分-相组成关系,其相应的训练与测试精度分别达到92%和88%,并进一步通过与实验上的三元相图和多元合金的结果进行对比,充分说明了本文构建的成分-相组成模型的可靠性。根据该模型,本文预测了低密度的Ti-V-Zr-X（X为其他难熔元素）四元体系的相组成,结果表明Nb-Ti-V-Zr中BCC相的区域最大,从而选定Nb-Ti-V-Zr作为后续研究的对象。在选定研究体系后,本文着重于对该体系的力学性能进行从头预测。利用高阶弹性常数可引入非线性项,从而有助于研究研究极端条件下材料的力学响应。而传统的计算高阶弹性常数的方法,如应变-能量法,计算量大,计算流程繁琐,因此本文首先对高阶弹性常数的计算方法进行了研究,提出了一种计算高阶弹性常数的新方法,即应变模式降维算法。该方法通过对应变模式合理的选择,从而实现所需应变模式数目的降维,进而提高计算高阶弹性常数的效率,并开发了相应的软件（Elastic3rd）将计算流程自动化,同时提出计算弹性常数时应变模式好坏的评价指标。以计算金刚石的三阶弹性常数（TOECs）为例,比较了传统方法与该方法,结果表明,应变模式降维算法在计算立方体系的TOECs上计算效率为传统方法的3-5倍,且具有较好的准确性、稳健性以及可扩展性。此外,本文还修正了冲击波实验测量的金刚石TOECs的误差。采用本文提出的应变模式降维算法与开发的Elastic3rd软件,进而对Nb-Ti-V-Zr四元体系整个成分空间的BCC结构的二阶和三阶弹性常数进行了计算。通过与文献中的实验与计算结果的对比,验证了本文计算方法与计算结果的可靠性。进一步的采用CALPHAD方法中描述性能与成分的关系,构建了整个成分空间的成分-弹性常数的数据库模型,并研究了多元相互作用对弹性常数的影响,结果表明多元相互作用对弹性常数的贡献随元数的增加而减小,当考虑到三元相互作用时已经能很好的描述多元体系的弹性常数与成分的关系,为构建多元体系成分-性能关系提供了指导。利用上述构建的晶格常数以及弹性常数的成分-性能数据库以及难熔合金相组成的机器学习模型,本文进一步的对Nb-Ti-V-Zr体系进行了高通量设计。在Nb-Ti-V-Zr体系中设计了一系列的单相BCC且具有特异弹性性质的合金成分,包括橡胶金属、部分拉胀材料、单晶各向同性材料以及生物医用材料等,并对比了部分文献结果说明预测的可靠性。此外,利用三阶弹性常数研究了全成分空间BCC结构材料的二阶弹性常数随压强和温度的变化,并对比了部分实验结果说明方法的可行性。以此研究了该体系在外界条件下的稳定性,结果表明,随着压强的增大,Nb-Ti-V-Zr体系的Born失稳成分区间减少,而剪切失稳的成分区间增大;而随温度的增加,稳定性略有降低,且单晶弹性常数对温度的导数在X0.3Y0.6Zr0.1和X0.2Y0.7Zr0.1（X、Y为Nb、Ti、V）成分附近存在极小值,因此在该成份附近具有较高的热稳定性。并设计了几种具有多种功能的合金,包括同时具有部分拉胀、橡胶金属以及生物医用的Nb0.2Ti0.7Zr0.1和Nb0.16Ti0.62V0.08Zr0.14;具有单晶各向同性和生物医用的Nb0.35Ti0.63V0.02。
安超超[3]（2021）在《微结构调控下拉胀多孔材料的冲击动力学性能研究》文中研究表明由于具有独特的大变形特性、优异的可设计性以及潜在的多功能集成化优势,拉胀多孔材料在耐撞性结构轻量化设计和能量吸收可调控方面具有巨大的应用潜力。随着对拉胀多孔材料冲击动力学行为研究的进一步深入,发现多孔结构在适应现代高端装备局部冲击、复杂服役环境下安全防护和动力学行为可调控策略等方面仍存在不足。因此,研究冲击载荷下拉胀多孔材料动力学行为的可调控性具有重要意义。本文从冲击动力学角度出发,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,对周期性拉胀多孔结构在冲击载荷下的微结构失效机制和动力学性能可调控策略进行研究。具体研究内容如下:（1）从仿生结构设计出发,通过在传统正方形蜂窝节点处引入弧形结构,提出三种仿生层级蜂窝模型。利用非线性动力有限元方法研究冲击载荷下仿生层级蜂窝结构的动态冲击性能,具体讨论了不同胞元拓扑结构和多材料布局对冲击载荷一致性和比吸能的影响。研究结果表明,冲击速度会影响内凹层级蜂窝的负泊松比效应;通过合理选择胞元拓扑和多材料布局方式,可有效控制并提高冲击载荷一致性和比吸能。此外,还给出了不同仿生层级蜂窝的平台应力半经验公式,该公式能够准确预测冲击过程中仿生层级蜂窝的动态承载力。（2）根据功能梯度材料的概念,提出一种层级梯度拉胀蜂窝结构模型。研究面内冲击载荷下胞元微拓扑结构和梯度排布对梯度负泊松比蜂窝材料的动态变形行为、冲击载荷一致性和能量吸收能力的影响。研究发现,梯度蜂窝的动态泊松比值依赖于冲击速度和蜂窝层的拓扑结构。合理选择蜂窝层的排布方式,可以显着提高梯度拉胀蜂窝的动态平台应力和冲击载荷一致性,并对拉胀结构的比吸能有很好的控制。（3）基于机械超材料的设计理念,结合材料的微结构失效机制和冲击性能增强机理,提出了一种面内增强负泊松比结构。通过建立相同相对密度的面内增强复合蜂窝模型,重点讨论梯度排布方式和微结构参数对复合蜂窝结构平均动态泊松比、变形模式和冲击载荷一致性的影响。面内增强复合蜂窝结构的变形模式和泊松比大小与斜壁倾角、蜂窝层排布方式和冲击速度有关。在冲击端放置斜壁倾角小的蜂窝层可以降低复合蜂窝结构的峰值应力,提高冲击载荷效率,进而改善冲击载荷一致性。此外,还给出了面内增强复合蜂窝的平台应力半经验公式,理论计算结果与有限元结果吻合较好。
李梦瑶[4]（2021）在《钢筋混凝土的负泊松比设计与力学性能研究》文中指出钢筋混凝土建筑结构可能会因为遭受各种不同类型的事故性冲击荷载而产生荷载影响,例如建造过程中的重物坠落、交通工具之间的相互碰撞,船舶对桥墩的撞击和海浪冲击。其作用期短、荷载强度高、对于结构产生极大的破坏常常是事故类冲击的一个重要特征。而且梁、柱等主体受力构件还面临各种事故类型的冲击性威胁。在一些特定的结构设计过程中,我们就应该充分考虑到这些冲击荷载的影响。目前对钢筋混凝土结构抗冲击性能增强的研究大多是利用加固材料本身的强度、韧性等性能起到抗冲击的作用。本文针对动载作用下钢筋混凝土的抗冲击问题,将负泊松比材料引入混凝土领域,设计内凹钢筋单元结构与混凝土复合,做成负泊松比钢筋混凝土,通过设计使其具备负泊松比效应的同时希望能够有更好的力学性能及抗冲击性能。研究结果表明:在弯曲静载作用下,相较于方形钢筋混凝土,六肋和星型钢筋混凝土的断裂能分别提高了132%和181%,且星型钢筋混凝土具有更好的能量吸收能力。在冲击压缩作用下,与普通钢筋混凝土相比,六肋和星型钢筋混凝土的吸收能分别提高了1.17倍和1.23倍,且星型钢筋混凝土具有更好的能量吸收能力。在落锤冲击作用下,下落高度为1m时,六肋和星型钢筋混凝土能使混凝土抗冲击能力分别提高1.7倍和2.7倍;下落高度为2m时,六肋和星型钢筋混凝土能使混凝土抗冲击能力分别提高3.0倍和6.0倍;星型钢筋混凝土能有效提高混凝土的冲击韧性、初裂后继续吸收冲击能的能力。在冲击荷载作用下,随着钢筋结构内凹角增加,混凝土变形能力增强,负泊松比值随之减小,钢筋结构的内凹角增多,更加有利于降低泊松比。六肋和星型钢筋混凝土的耗能能力分别为普通钢筋混凝土的2.0倍和3.5倍,能量吸收性能随着内凹角增加而提升,且负泊松比值随着内凹角增加而减小,表明负泊松比结构具有更优异的耗能能力。
申世英[5]（2021）在《新型二维材料铁性及多功能性质的理论研究》文中指出近年来,随着石墨烯的发现,关于二维材料的研究在理论和实验上都取得了飞速发展,诸多新型二维材料被成功预测或制备,包括六角氮化硼、过渡金属硫族化合物、MXenes、CrI3以及In2Se3等。与块体材料相比,二维材料具有独特的结构特性以及优良的物理化学性质,这在很大程度上能够促进微型化高性能器件的发展,在包括信息存储、能源转换等诸多领域的应用前景都十分广阔。例如,二维铁性材料具有两个或者两个以上稳定存在的自旋极化态、自发电极化态或结构应变态,且在外部因素（磁场、电场和应力）作用下可以实现这些稳定态之间的可逆转换,这为制备非易失性存储器提供了完美的平台。值得指出的是,当二维材料同时具有两个或者两个以上的铁性时（即二维多铁材料）,可以实现更为新兴的多态性质,在磁电纳米器件等方面有着重要应用价值。除了多个铁性共存外,二维材料还经常表现出其他多功能性质的现象（如高载流子迁移率、良好光学性质以及负泊松比特性等的结合）,使得它在光催化、纳米机械等应用方面潜力巨大。在本论文中,我们系统地研究了一系列新型二维材料的电子结构、铁性以及力学性质,揭示了其内在物理机制,探索了它们在传感器、非易失性存储器、光催化等领域的应用潜力,为二维材料在存储设备和多功能器件等方面的应用提供了理论指导。本论文共包含六章内容,第一章简要概述了二维材料的研究进展及应用。第二章介绍了第一性原理计算的相关软件包和基本理论。第三章研究了二维体系的铁电、铁磁性质以及其调控。第四章详细介绍了二维本征三铁材料的设计与研究。第五章研究了二维多功能材料,并探讨了其在多功能器件等方面的潜在应用。第六章简要总结了本论文的主要结论及创新点,并且对新型二维铁电和多铁材料的理论研究做了展望。本论文的主要研究内容和结论如下:（1）探索了单层γ-SbX（X=As,P）材料的电子结构和铁电性质。我们证明了这两个体系的动力学和热力学稳定性,并指出晶体结构的空间反演对称性的破缺会引起自发的电极化,从而导致铁电性的产生。我们的研究结果表明单层γ-SbX体系具有大的面内自发极化和合适的铁电相变势垒。另外,我们提出体系的自发极化和相变势垒还可以通过应力进行有规律的调控。更重要的是,单层γ-SbX体系表现出远高于室温的铁电相变居里温度。此外,我们发现单层γ-SbX体系是一种满足光催化反应所需带边位置的半导体材料。（2）研究了二维MoSeTe材料对双层CrI3的电子结构和自旋极化性质的调控。设计了一系列的复合体系:MoSeTe/CrI3、MoTeSe/CrI3、MoTeSe/CrI3/SeTeMo、MoTeSe/CrI3/TeSeMo 和 MoSeTe/CrI3/TeSeMo,证实了层间 vdW 相互作用可以使异质结的电荷重新分布,导致上述复合体系具有不同的电子结构。研究结果显示原始的双层CrI3具有反铁磁性。当双层CrI3与单层MoSeTe堆叠成纵向异质结时,会诱导双层CrI3转变为铁磁基态。另外,我们发现MoSeTe/CrI3、MoTeSe/CrI3/TeSeMo 和 MoSeTe/CrI3/TeSeMo 体系是半金属,而 MoTeSe/CrI3 和MoTeSe/CrI3/SeTeMo体系为半导体。此外,我们还揭示了双层CrI3中磁性转变和半金属/半导体性质的微观物理机制。（3）研究了一种同时集反铁磁性、铁弹性和铁电性等于一身的二维本征三铁半导体材料—FeO2H。研究结果表明单层FeO2H具有出色的稳定性,并且易于从其层状块体中通过剥离的方法进行实验制备。由于铁原子d轨道处于半填满状态,从而导致了磁性的出现。我们证实其磁基态为反铁磁,并揭示了其反铁磁基态的物理机制。同时,我们发现单层FeO2H是一种很有应用前景的铁弹材料并具有合适的相变势垒和可逆铁弹应变。此外,我们还揭示了单层FeO2H的铁电性和压电性。更有趣的是,通过90°的可逆铁弹转换可以实现对其铁电极化方向的控制。（4）研究了一种同时集铁电性、高载流子迁移率和负泊松比于一身的二维多功能半导体材料—BI。研究结果表明由于单层BI晶体结构的空间对称性破缺,使得该体系表现出固有的铁电性质,并且具有较大的面内铁电极化。此外,单层BI还具有超高载流子迁移率以及宽的吸收范围和高吸收系数。另外,我们还发现单层BI是一种具有负泊松比的拉胀材料。这些优异性能使得单层BI成为一个重要的潜在多功能材料,将为各种低维器件的应用提供一个理想平台。（5）研究了单层PtI2的光催化性能、负泊松比现象以及其在多功能器件方面的潜在应用。研究结果表明单层PtI2是一种可从层状块体中剥离出来的二维半导体材料,并探究了应变对电子结构的影响。此外,我们发现该体系是一个有潜力的二维光催化剂。在光的照射下,水的氧化反应能自发进行。另外,由于其具有特殊的褶皱铰链状晶体结构,使得该体系表现出负泊松比现象。这些多样的优异性能表明单层PtI2是一种具有实验可行性、在光催化和纳米机械等领域有巨大应用潜力的多功能材料。（6）探索了一系列二维X-T12S（X=E,1T,2H）体系的电子结构及其光电性质。研究发现该体系是一类新型的二维金属衣半导体材料,另外我们可以通过应力调控它们的电子性质。我们还证明了二维X-T12S体系具有优异的力学柔韧性、强的光吸收能力以及光电转换特性。有趣的是,单层2H-T12S在导带底表现出了强的能谷自旋劈裂现象。此外,我们探究了单层T12S中的2H相到1T相的结构相变。我们的研究结果不仅将激发人们对二维金属衣半导体材料的研究兴趣,而且这些优异性能的结合还使得其在多功能器件应用方面具有巨大的潜能。
陈哲[6]（2020）在《负泊松比金属玻璃结构力学性能研究》文中研究指明金属玻璃（MGs）具有优异的力学、磁学及化学性能;拉胀材料在拉伸时呈现独特的横向膨胀特性,应用前景广阔。但是,由于固有的各向同性,金属玻璃无法表现出拉胀性。研究中,我们构建了具有孔穴和圆角结构的手性Cu50Zr50金属玻璃纳米单元（CMGNs）,利用分子动力学模拟研究了其拉胀性和机理,讨论了几何参数对于手性金属玻璃纳米单元密度、杨氏模量、泊松比及原子剪切应变的影响,探究了拉胀效应产生的机制和原理,确定了应变和泊松比之间的关联性。本研究揭示了手性金属玻璃纳米单元的拉胀机理,为块体金属玻璃的结构设计提供了一种优化其拉胀性并降低密度的可行方法。研究工作主要包括以下方面:（1）研究了孔穴半径对Cu50Zr50手性金属玻璃纳米单元力学性能的影响。研究发现,与块体金属玻璃相比,所有手性金属玻璃纳米单元均显示出改善的拉胀性和较低的密度。对于具有孔穴结构的手性金属玻璃纳米单元,负泊松比值和极限拉伸强度随着孔穴半径的增大先增大后减小,2.5 nm孔穴半径样品表现出最佳的拉胀性和最高的极限拉伸强度。拉胀机制归因于中心圆环的旋转行为和张力下非仿射变形之间的竞争。（2）研究了圆角结构对Cu50Zr50手性金属玻璃纳米单元力学性能的影响。圆角结构可显着提高手性金属玻璃纳米单元的杨氏模量,拉伸过程中弹塑性阶段更短,塑性减弱;孔穴半径对具有圆角的手性金属玻璃纳米单元的力学性能影响很大,样品的拉胀性在孔穴增大到一定程度（5.0 nm）时消失。圆角的引入可抑制手性金属玻璃纳米单元的旋转变形,导致其拉胀性减弱。（3）对比研究了激光3D“打印”和传统铸态制备的手性金属玻璃纳米单元的力学性能。多道扫描和错层扫描能降低温度梯度及残余应力,得到的样品致密度高、强度大;激光3D“打印”的手性金属玻璃纳米单元更易于形成择优取向的组织,具有较低的密度和更高的杨氏模量。本论文有图31幅,表1个,参考文献121篇。
蒋滔[7]（2020）在《石墨烯剪纸的力学性能及调控机理研究》文中进行了进一步梳理石墨烯是单原子层厚度的新型二维纳米碳材料,自2004年被发现以来就一直得到科研工作者的广泛关注。石墨烯具有卓越的力学,热学,磁学和电学性能,被誉为新一代战略材料,在高性能纳米电子器件,复合材料,能量储存,气体传感器,场发射材料等领域具有广阔的应用前景。近年来,传统的剪纸/折纸技术被引入纳观领域,实验和数值模拟表明,剪纸技术作为一种简单、有效、可控的方法可以有效地大幅度提高石墨烯的延展性,特定的剪纸结构还会使石墨烯出现负泊松比效应,从而为有效调控石墨烯等二维纳米材料的性能,拓展其应用领域提供了一种新的解决方案。本课题通过引入矩形和菱形穿孔图案构建了两种石墨烯剪纸模型,使用分子动力学方法研究了石墨烯剪纸在单轴拉伸和剪切变形下的力学性能和变形破坏机制,着重研究了纵横比和参数S等穿孔尺寸参数对石墨烯剪纸力学性能的影响规律,并分析了其内在的调控机理。主要的研究工作如下:（1）研究了矩形和菱形穿孔石墨烯剪纸的拉伸力学性能以及穿孔尺寸参数的影响规律。研究结果表明,矩形和菱形穿孔大大降低了石墨烯的极限应力和杨氏模量,通过调控穿孔纵横比和参数S,可以有效地调控石墨烯剪纸的力学性能。当参数S较小时（S<6）,矩形穿孔石墨烯剪纸在拉伸模拟过程中会发生平面外变形,断裂应变相较于完美石墨烯有所提高,最高可达完美石墨烯的两倍。当参数S较大时（S≥6）,石墨烯剪纸结构不会发生平面外变形。菱形穿孔石墨烯剪纸的断裂应变小于完美石墨烯的断裂应变。矩形穿孔石墨烯剪纸在穿孔纵横比为2.5,S小于8时,泊松比出现负值。菱形穿孔石墨烯剪纸在穿孔纵横比为2.5,S小于6时,泊松比出现负值。此外,切口边缘氢化也会影响石墨烯剪纸的力学性能。研究发现,切口边缘氢化会增加菱形穿孔石墨烯剪纸的拉伸极限应力和杨氏模量,而对矩形穿孔石墨烯剪纸的极限应力和杨氏模量影响较小。（2）研究了矩形和菱形穿孔石墨烯剪纸的剪切力学性能以及穿孔尺寸参数的影响规律。研究发现,矩形和菱形穿孔显着降低了石墨烯的剪切极限应力和杨氏模量。通过调控穿孔纵横比和参数S,可以有效地调控石墨烯剪纸的剪切力学性能。当参数S较小时（S<5）,矩形穿孔石墨烯剪纸的剪切断裂应变大于完美石墨烯的剪切断裂应变,增加纵横比可以增大矩形穿孔石墨烯的断裂应变。纵横比对菱形穿孔石墨烯剪纸的剪切极限应力作用显着,当纵横比减小时,菱形穿孔石墨烯剪纸的剪切极限应力显着提高。
刘赛[8]（2019）在《负泊松比纱线的结构成形与拉胀机理建模研究》文中研究说明拉胀材料由于负泊松比特性而表现出不同于传统材料（正泊松比值）的优异的物理机械性能,在过滤、生物医用、航空航天等领域都表现出了广阔的应用前景。拉胀材料自提出以来,一直受到各学科学者的持续关注和探讨,如拉胀纺织材料的研究和创新,包括拉胀纱线与拉胀织物的结构成形、性能表征等相关内容。最早提出的拉胀纱线主要是由芯纱和包缠纱两组分构成的螺旋包缠复合结构,此结构的复合纱线在轴向拉伸作用下由于两组分的性能差异和相互作用使得纱线整体轮廓直径增大,从而产生负泊松比效果。根据已有的研究结果,初始包缠角度较小的螺旋结构拉胀复合纱负泊松比效果较好。然而,考虑到拉胀纱线的实际应用,该结构中两根长丝的包缠关系存在一定缺陷,一方面,在无张力状态下,该复合纱线的头端部分容易脱散,即螺旋形态的包缠组分从芯纱上退绕下来,造成纱线整体结构的不稳定和不完整;另一方面,纺纱成形过程中的加捻作用使得拉胀纱线内部存在残余扭矩,造成纱线的不均匀扭结。上述两个问题也是螺旋拉胀纱线局限于理论和实验研究而较少投入实际应用的原因之一。此外,目前两组分螺旋结构拉胀纱的几何模型以及有限元模型的分析都忽略了纱线两组分间的相互作用力,偏离了纱线的实际变形过程,这也导致理论计算结果与实测泊松比值存在较大差异。因此,对拉胀纱的结构及成形工艺进行改进和创新并优化理论模型,进一步的剖析螺旋结构拉胀纱的作用机理,为纱线选材及结构设计提供有价值的参考依据,具有重要的学术和实用意义。本课题在现有基础上主要围绕上述螺旋拉胀纱线的结构成形和性能稳定性问题展开:（1）提出了基于后处理、结构创新、成形设备的三种改进方法,得到了形态、结构、性能良好的拉胀纱,并对重要结构参数,包括初始螺旋角度、纱线两组分的细度与模量等,对纱线拉胀效果的影响展开了系统性的讨论;（2）建立了有限元模型和力学模型,分析了纱线两组分变形过程中的相互作用以及复合纱线的拉胀机理,包括变形过程中纱线中心线的变化轨迹以及纱线径向应变随轴向应变的变化,提供了泊松比值的预测模型以及制备拉胀性能显着的复合纱的选材与结构参数设计原则;（3）制备了基于拉胀纱的机织物,并对织物试样进行了基本性能测试和表征以及可应用性的基本探讨,基于织物的性能和特点提出拉胀纺织材料在服用材料、包覆材料和过滤材料等方面的潜在优势以及预期效果。各部分涉及到的具体结果和结论如下:（1）解决纱线结构与性能稳定性的三种方法:第一种方法是基于纺织材料成形后处理工艺的热定型方法,通过在两组分复合纱线结构中引入第三组分低熔点尼龙长丝（熔点为80℃）,并对成形后的复合纱在高于低熔点长丝熔点温度下进行恒温热定型处理,结果表明:经100℃热定型处理的拉胀复合纱线组分间的粘结作用增强,螺旋包缠结构的脱散问题以及负泊松比效果均得到改善和提高;第二种方法是基于螺旋包缠结构提出了交叉螺旋包缠结构的拉胀复合纱线,即利用编织技术将两根刚性长丝作为包缠纱对称包缠在芯纱表面,通过对复合纱线轴向载荷作用下轮廓直径测试,结果表明:在相同材料以及相同结构参数的情况下,该新型结构的拉胀纱线相较于常规拉胀纱结构更稳定且具有更好的负泊松比效果;第三种方法是针对螺旋拉胀纱线因加捻成形过程造成的残余扭矩以及无张力状态下扭结问题,选用空心锭式纺纱机进行纱线的制备,在减小成形过程中纱线组分自身捻度的同时,结合调整两组分的喂入速度和纺纱张力,实现包缠组分对芯纱组分的稳定螺旋包缠。（2）上述三种方式从后处理工艺、结构、成形设备等三个角度针对性地解决了螺旋包缠拉胀纱的结构稳定性问题,由于基于空心锭式纺纱系统成形的两组分螺旋包缠复合纱结构稳定,拉胀效果明显,纺制装置及方法相对成熟,因此,采用有限元软件进一步对该结构拉胀纱线的轴向拉伸变形进行了建模和分析。首先建立芯纱组分的圆柱形几何结构模型和包缠组分的螺旋状几何结构模型,在验证了模型中涉及的基本参数如单元数和网格尺寸等的有效性后,对比分析了纱线结构参数之一的初始螺旋角度以及纱线组分的泊松比对拉胀纱线径向应变以及负泊松比效果的影响。结果表明,初始螺旋角度较小、纱线组分的泊松比接近零时复合纱线的拉胀性能较好。此外,将两根螺旋拉胀纱线对称平铺排列,在轴向作用力下,由于两根纱线分别产生向外侧的弯曲变形,使得纱线整体表现出相较单根负泊松比纱更显着的拉胀效果,同时整体因变形产生的孔隙也随着轴向拉伸变形过程呈动态变化。（3）由于两组分的性能差异,螺旋结构复合纱线在轴向拉伸变形过程中外轮廓增大表现出拉胀效应。为了探究拉胀变形性能与机理,对复合纱线进行了力学建模。基于该力学模型讨论了纱线两组分接触表面的相互作用力对芯纱径向应变的影响,构建了沿径向的正压力与纱线结构参数的关系。因此,可以在考虑纱线两组分相互作用力的情况下,计算复合纱线整体在变形过程中的轮廓直径变化以及泊松比值。经对比验证,该理论计算结果与实验测试结果一致性较好,可以作为螺旋拉胀纱线泊松比值的预测模型。（4）对拉胀纱线成形过程以及变形过程的分析主要是对其可应用性讨论奠定基础,因此,利用拉胀纱线制备了一系列机织物,通过对织物性能的测试和表征,结果表明,基于不稳定结构螺旋拉胀纱的织物具有自卷边、自折叠以及沿45°方向的拉胀特性且计算得到织物在拉伸应变为100%时的负泊松比值为-0.3;基于稳定结构的螺旋拉胀纱织制的织物耐冲击性及能量吸收方面较非拉胀纱构成的织物优势明显,同时沿经纬向的断裂应变也相对较大,大大改善了普通织物在受力作用下的应力集中问题,同时也表明了拉胀纱线在过滤材料、包覆材料、防护材料、时装设计等方面的可应用性。本课题对拉胀纱线结构成形、变形机理、可应用性的讨论和分析均具有一定的科学价值和社会意义,提供了结构稳定、拉胀效应明显、可连续生产的负泊松比复合纱以及基于有限元模型和力学模型的拉胀机理分析和拉胀性能理论预测模型。另外对基于拉胀纱线的机织物的可成形性和基本性能以及可应用性的讨论也有益于拉胀纺织材料的相关产品研发及拓展应用,为拉胀纺织材料的设计、选材和工艺等提供参考。
洪伟[9]（2019）在《3D打印可编程形状记忆负泊松比结构的设计与研究》文中指出具有特定几何特征的负泊松比二维网格结构,称为拉胀超材料,即拉伸将引起结构在横向上的膨胀。本文中,我们设计了一种拉胀超材料,利用构成材料的形状记忆效应,可以对面内模量和泊松比重复调控。变形时,弯曲的网格确保其在结点处发生旋转变形以实现拉胀效果。这些结点的旋转变形由网格的曲率控制,网格的曲率在变形过程中会不断变化。由于形状记忆效应,可以对打印后的网格曲率进行编程和恢复,从而进一步用于调整网格节点的旋转变形和拉胀超材料结构的力学性能,包括泊松比,模量和断裂应变。另外,利用有限元模拟分析了这些拉胀网格的变形。最后,我们设计并制作了渐变/数字模型和圆柱壳模型,并使用聚乳酸的形状记忆效应来重新调节结构形状。本文第三章,主要介绍了二维网格结构的几何模型设计和有限元模拟方法,通过有限元模拟证实了网格及单元的拉胀变形。我们设计了一种由结点旋转诱发拉胀特性的超结构单元。采用粘弹性模型来模拟聚乳酸的热机械行为,通过热-力学性能测试结果校核了聚乳酸的模型参数,并在有限元模拟中采用了同实验相同的热-力加载条件。有限元模拟结果揭示了这种网格结构在拉伸和压缩状态下的变形特点,证明了其具有显着的拉胀特性。本文第四章,主要通过单轴拉伸实验及有限元模拟研究了不同曲率的均匀网格、预编程网格和非均匀数字网格的拉伸变形,进而从实验和模拟两个方面证实了聚乳酸的形状记忆效应可用于调控面内模量和泊松比。针对未编程试样,利用单轴拉伸实验和模拟对比分析了网格弹性模量和泊松比受其曲率的影响规律。针对编程后试样,研究了编程应变对面内模量和泊松比的调控作用。基于以上结果,我们设计了非均匀数字网格,实验和模拟结果表明非均匀网格可以实现复杂的非均匀面内变形场,可以用于调控面内展开形式。本文第五章,我们利用这种拉胀超材料制备了圆柱壳体,通过实验和模拟分析了圆柱壳体在拉伸/压缩变形后所具有的橄榄球形/马鞍状变形模式。基于面内变形的研究结果,进一步设计了两种非均匀数字圆柱壳体,对比了非均匀单元排列对面外变形的影响,证明了非均匀数字圆柱壳体可以通过拉胀单元的非协调膨胀实现面外屈曲。研究结果为复杂三维壳体的低成本、快捷制造提供了有效途径。
秦苑[10]（2019）在《拉胀超构材料的设计及相关性质的研究》文中进行了进一步梳理力学超构材料（Mechanical Metamaterials）因为人工设计的微结构所带来的奇特性质,得到研究者广泛关注。作为力学超构材料重要的一类,拉胀超构材料（Auxetic Metamaterials）由于人工微结构的独特变形机制,呈现出负的泊松比,从而带来一系列优异的力学性质,可应用在智能纤维、传感器、保护装置、减振和生物医药领域。目前,拉胀超构材料的设计主要基于凹角结构、手性结构、旋转刚体结构和折纸结构等物理模型。本文首先讨论了拉胀超构材料的设计思路,其次基于凹角结构和手性结构设计了一些新颖的力学超构材料,利用复模法和3D打印制备了两种凹角和手性拉胀超构材料,最后对其应力、应变和弹性波传播进行了实验测量和模拟,并提出相应的理论模型。1.基于反手性结构设计了一种连杆面外弯曲的拉胀超构材料。通过有限元方法分析发现该结构压缩变形时应力与其弯曲程度正相关,改变连杆的曲率可以调节该拉胀超构材料的有效刚度。2.基于凹角结构设计了一种“拱形”单元。单轴拉、压实验结果表明该结构具有明显的拉胀现象和“J”型应力-应变曲线。利用COMSOL模拟分析发现结构的泊松比极值,泊松比极值的应变、具有负泊松比的应变范围都强烈依赖于结构的几何参数。3.运用有限元分析对三种手性结构进行系统的研究,结果表明手性结构具备稳定的泊松比和优异的力学性能。三种手性结构因为连杆和中心体的有效质量差,可以产生明显的弹性波带隙。实验上对层状结构从5Hz到10 kHz的振动透过率进行测量,结果与模拟值吻合较好。4.以具有面外振动模式的准二维手性为基础,设计了一种立方体三维手性结构,该结构具有三条明显的弹性波带隙（宽度为40%、41%、72%）,第一带隙归一化起始频率为0.015。实验上测量了基于3D打印制备的样品在20Hz-7kHz范围内透过率,结果表明在禁带频率内透过率明显降低（-70dB）。以刚体-弹簧模型为指导,在中心圆盘嵌入铜块可以加大该结构的带隙宽度（63%、83%、87%）和降低第一禁带归一化起始频率（0.006）。
二、拉胀材料研究的进展（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、拉胀材料研究的进展（论文提纲范文）
（1）二维锗基材料的结果预测及其物性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 纳米电子学与纳米材料 |
| 1.3 二维纳米材料的研究进展 |
| 1.3.1 概述 |
| 1.3.2 二维纳米材料的制备及应用 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 第二章 理论基础与计算方法 |
| 2.1 密度泛函理论 |
| 2.1.1 薛定谔方程 |
| 2.1.2 Hobenberg-Kohn定理 |
| 2.1.3 Kohn-Sham方程 |
| 2.1.4 交换关联近似 |
| 2.2 第一性原理的计算 |
| 2.2.1 计算软件 |
| 2.2.2 几何优化 |
| 2.2.3 载流子迁移率 |
| 2.2.4 杨氏模量与泊松比 |
| 第三章 二维锗醚的结构与性质研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 二维锗醚的结构与稳定性 |
| 3.2.1 结构 |
| 3.2.2 结合能 |
| 3.2.3 动力学和热力学稳定性 |
| 3.3 电学与机械性质 |
| 3.3.1 二维锗醚的能带结构 |
| 3.3.2 二维锗醚的载流子迁移率 |
| 3.3.3 应变调控二维锗醚的电学特性 |
| 3.3.4 双层能带 |
| 3.3.5 二维锗醚的杨氏模量与泊松比 |
| 3.4 分子合成 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 二维Ge_2S的结构与性质研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 二维Ge_2S的结构与稳定性 |
| 4.2.1 结构 |
| 4.2.2 结合能 |
| 4.2.3 动力学稳定性 |
| 4.2.4 分子动力学模拟 |
| 4.3 电学性质 |
| 4.3.1 二维Ge_2S的能带结构 |
| 4.3.2 二维Ge_2S的载流子迁移率 |
| 4.3.3 应变调控二维Ge_2S的电学特性 |
| 4.3.4 双层能带 |
| 4.4 光学与机械性质 |
| 4.4.1 二维Ge_2S的光吸收特性 |
| 4.4.2 二维Ge_2S的杨氏模量与泊松比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 二维SiGeO的结构与性质研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 二维SiGeO的结构与稳定性 |
| 5.2.1 结构 |
| 5.2.2 结合能 |
| 5.2.3 动力学稳定性 |
| 5.2.4 分子动力学模拟 |
| 5.3 电学性质 |
| 5.3.1 二维SiGeO的能带结构 |
| 5.3.2 二维SiGeO的载流子迁移率 |
| 5.3.3 应变调控二维SiGeO的电学特性 |
| 5.3.4 外电场调控二维SiGeO的能带 |
| 5.3.5 双层能带 |
| 5.4 光学与机械性质 |
| 5.4.1 二维SiGeO的光吸收特性 |
| 5.4.2 二维SiGeO的泊松比 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（2）多元成分空间弹性数据模型与Nb-Ti-V-Zr合金高通量设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 难熔多元合金简介 |
| 1.3 多元固溶体合金原子结构模型 |
| 1.3.1 有效介质类方法 |
| 1.3.2 超胞类方法 |
| 1.3.3 有序结构组合法 |
| 1.4 多元合金的设计 |
| 1.4.1 基于经验的设计 |
| 1.4.2 基于理论的设计 |
| 1.4.3 基于计算机模拟的设计 |
| 1.4.4 基于材料基因组的设计 |
| 1.5 CALPHAD及基于性能的类CALPHAD模型 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 材料与研究方法 |
| 2.1 材料体系及其基本参数 |
| 2.2 机器学习模型 |
| 2.2.1 描述符的选择与计算 |
| 2.2.2 本文机器学习模型参数的选择 |
| 2.3 第一性原理方法 |
| 2.3.1 密度泛函理论 |
| 2.3.2 交换关联泛函 |
| 2.3.3 赝势 |
| 2.3.4 截断能与K点 |
| 2.3.5 本文计算参数的选择 |
| 2.4 准谐近似与德拜模型 |
| 2.5 成分-性能模型及其拟合策略 |
| 第3章 难熔多元成分空间相组成机器学习模型与预测 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 成分-相组成数据的获取与统计分析 |
| 3.2.1 成分-相组成数据的获取 |
| 3.2.2 统计分析 |
| 3.3 模型的构建、选择与验证 |
| 3.3.1 模型训练结果 |
| 3.3.2 模型的验证 |
| 3.4 基于机器学习的难熔多元合金的相预测 |
| 3.4.1 三元相图预测 |
| 3.4.2 Ti-V-Zr-X四元体系相图预测 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 晶体弹性模型与高阶弹性常数的应变模式降维算法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 连续弹性力学理论 |
| 4.3 现有高阶弹性常数计算方法简介与扩展 |
| 4.3.1 应变-能量法 |
| 4.3.2 弹性常数分离法 |
| 4.3.3 纵向应力-单轴应变法 |
| 4.4 高阶弹性常数的应变模式降维算法 |
| 4.4.1 给定应变模式下的系数表达式 |
| 4.4.2 应变模式的选择 |
| 4.4.3 应变模式的优化 |
| 4.5 高阶弹性常数计算方法的比较 |
| 4.5.1 计算效率比较 |
| 4.5.2 计算精度比较 |
| 4.5.3 稳健性比较 |
| 4.5.4 可扩展性比较 |
| 4.6 高阶弹性常数计算软件的开发 |
| 4.6.1 模块设计 |
| 4.6.2 安装与运行 |
| 4.6.3 具备的功能 |
| 4.7 难熔材料弹性常数的计算及计算方法的验证 |
| 4.7.1 难熔合金二阶弹性常数的计算与验证 |
| 4.7.2 难熔合金三阶弹性常数的计算与验证 |
| 4.7.3 难熔碳化物的二阶和三阶弹性常数 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 Nb-Ti-V-Zr多元成分空间弹性常数数据库构建 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 成分-晶格参数的数据模型 |
| 5.3 成分-二阶弹性常数的数据模型 |
| 5.3.1 成分-弹性常数的数据模型 |
| 5.3.2 合金化对单晶弹性常数的影响 |
| 5.4 成分-三阶弹性常数的数据模型 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 基于Nb-Ti-V-Zr数据库的多元成分空间高通量设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 工程弹性常数及其各向异性 |
| 6.2.1 工程弹性常数的计算 |
| 6.2.2 工程弹性常数三维分布 |
| 6.2.3 各类各向异性指标的关系分析 |
| 6.2.4 弹性各向异性分析软件设计与应用 |
| 6.3 具有特异弹性性能的材料的设计 |
| 6.3.1 橡胶金属 |
| 6.3.2 负泊松比材料 |
| 6.3.3 生物医用材料 |
| 6.3.4 单晶各向同性材料 |
| 6.4 高环境稳定性材料设计 |
| 6.4.1 外界压力下材料的稳定性 |
| 6.4.2 外界温度下材料的稳定性 |
| 6.5 新型多功能合金的设计 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读博士学位期间取得创新性成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）微结构调控下拉胀多孔材料的冲击动力学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 拉胀多孔材料的工程应用 |
| 1.3 拉胀多孔材料动力学性能的国内外研究现状 |
| 1.3.1 内凹结构 |
| 1.3.2 手性结构 |
| 1.3.3 折纸结构 |
| 1.3.4 其他拉胀结构 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 拉胀多孔材料的关键性评价指标 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 应力波传播 |
| 2.2.1 弹性应力波 |
| 2.2.2 塑性应力波 |
| 2.3 临界冲击速度 |
| 2.4 关键性评价指标 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 微结构调控下仿生层级拉胀蜂窝结构的动力学性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型构建及可靠性验证 |
| 3.2.1 几何构型 |
| 3.2.2 有限元模型及可靠性分析 |
| 3.3 微结构对仿生层级蜂窝动态冲击性能的影响 |
| 3.3.1 微结构对变形模式的影响 |
| 3.3.2 微结构对密实应变和平台应力的影响 |
| 3.3.3 微结构对冲击载荷一致性的影响 |
| 3.3.4 微结构对能量吸收的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 微结构调控下拉胀蜂窝结构的动态梯度设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型构建 |
| 4.2.1 层级结构模型 |
| 4.2.2 有限元模型 |
| 4.2.3 模型可靠性分析 |
| 4.3 梯度排布对拉胀蜂窝结构动力学性能的影响 |
| 4.3.1 梯度排布对变形模式的影响 |
| 4.3.2 梯度排布对动态泊松比的影响 |
| 4.3.3 梯度排布对平台应力的影响 |
| 4.3.4 梯度排布对冲击载荷一致性的影响 |
| 4.3.5 梯度排布对能量吸收特性的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 面内增强负泊松比多孔材料动力学梯度设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 模型构建 |
| 5.2.1 几何模型 |
| 5.2.2 有限元模型 |
| 5.3 面内增强结构对拉胀蜂窝的影响 |
| 5.4 面内增强结构对复合蜂窝动力学性能的影响 |
| 5.4.1 面内增强结构对变形模式的影响 |
| 5.4.2 面内增强结构对动态泊松比的影响 |
| 5.4.3 面内增强结构对平台应力的影响 |
| 5.4.4 面内增强结构对冲击载荷一致性的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 进一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（4）钢筋混凝土的负泊松比设计与力学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 钢筋混凝土的力学性能研究现状 |
| 1.2.1 钢筋混凝土的抗静载力学性能研究进展 |
| 1.2.2 钢筋混凝土的抗冲击理论研究进展 |
| 1.2.3 钢筋混凝土的抗冲击实验研究进展 |
| 1.2.4 钢筋混凝土的抗冲击数值模拟研究进展 |
| 1.2.5 钢筋混凝土的抗冲击优化设计与性能提升 |
| 1.3 负泊松比材料的研究现状 |
| 1.3.1 负泊松比材料的国内外研究现状 |
| 1.3.2 负泊松比材料的应用前景 |
| 1.4 研究思路与目标 |
| 1.4.1 研究思路 |
| 1.4.2 研究目标 |
| 1.5 研究内容与方法 |
| 1.5.1 研究内容 |
| 1.5.2 研究方法 |
| 1.6 课题来源 |
| 第2章 实验方案 |
| 2.1 材料与设备 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 仪器设备 |
| 2.2 钢筋结构单元的负泊松比设计与制备 |
| 2.3 钢筋混凝土试样的制备 |
| 2.4 负泊松比钢筋混凝土静载力学性能测试 |
| 2.5 负泊松比钢筋混凝土动载力学性能测试 |
| 2.5.1 负泊松比钢筋混凝土的冲击压缩性能测试 |
| 2.5.2 负泊松比钢筋混凝土的落锤冲击性能测试 |
| 2.5.3 钢筋混凝土组合结构的冲击实验测试 |
| 2.6 负泊松比钢筋混凝土的数字散斑测试 |
| 2.6.1 钢筋混凝土的形变规律测试 |
| 2.6.2 钢筋混凝土的泊松比测试 |
| 2.7 钢筋混凝土的负泊松比效应有限元模拟与分析 |
| 2.7.1 钢筋混凝土的负泊松比效应有限元建模 |
| 2.7.2 钢筋混凝土的负泊松比效应有限元数值分析 |
| 第3章 负泊松比钢筋混凝土静载力学性能表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 负泊松比钢筋混凝土的静载力学性能研究 |
| 3.2.1 钢筋混凝土拉伸实验测试分析 |
| 3.2.2 钢筋混凝土压缩实验测试分析 |
| 3.2.3 钢筋混凝土三点弯曲实验测试分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 负泊松比钢筋混凝土动载力学性能表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 负泊松比钢筋混凝土的冲击压缩性能研究 |
| 4.2.1 钢筋混凝土的动态破坏过程分析 |
| 4.2.2 钢筋混凝土的破坏形态分析 |
| 4.2.3 钢筋混凝土的应力-应变测试分析 |
| 4.3 负泊松比钢筋混凝土梁的落锤冲击性能研究 |
| 4.3.1 钢筋混凝土梁的破坏形态分析 |
| 4.3.2 钢筋混凝土梁冲击耗能分析 |
| 4.4 钢筋混凝土梁落锤冲击实验的数值模拟 |
| 4.4.1 钢筋混凝土梁的有限元建模 |
| 4.4.2 钢筋混凝土梁的本构模型设置 |
| 4.4.3 约束条件及计算求解调控 |
| 4.4.4 钢筋混凝土梁的冲击加载有限元计算分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 负泊松比钢筋混凝土的变形行为与机理研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 负泊松比钢筋混凝土的静载变形行为与机理研究 |
| 5.2.1 压缩静载作用下的位移场测试分析 |
| 5.2.2 压缩静载作用下的应变场测试分析 |
| 5.2.3 弯曲静载作用下的位移场测试分析 |
| 5.2.4 弯曲静载作用下的应变场测试分析 |
| 5.3 负泊松比钢筋混凝土的动载变形行为与机理研究 |
| 5.3.1 冲击压缩动载作用下的位移场测试分析 |
| 5.3.2 冲击压缩动载作用下的应变场测试分析 |
| 5.3.3 落锤冲击作用下的位移场测试分析 |
| 5.3.4 落锤冲击作用下的应变场测试分析 |
| 5.4 负泊松比钢筋混凝土的泊松比测试分析 |
| 5.4.1 压缩静载作用下钢筋混凝土的微观泊松比测试分析 |
| 5.4.2 弯曲静载作用下钢筋混凝土的微观泊松比测试分析 |
| 5.4.3 冲击压缩动载作用下钢筋混凝土的微观泊松比测试分析 |
| 5.4.4 落锤冲击作用下钢筋混凝土的微观泊松比测试分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 负泊松比钢筋混凝土组合结构变形行为研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 钢筋混凝土组合结构的制备 |
| 6.3 钢筋混凝土组合结构的形变测试分析 |
| 6.3.1 气囊冲击作用下的位移场测试分析 |
| 6.3.2 气囊冲击作用下的应变场测试分析 |
| 6.4 钢筋混凝土组合结构的泊松比测试分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况 |
| 致谢 |
（5）新型二维材料铁性及多功能性质的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 二维材料的研究进展 |
| 1.3 二维铁性材料的探索 |
| 1.3.1 二维铁磁/反铁磁材料 |
| 1.3.2 二维铁电材料 |
| 1.3.3 二维铁弹材料 |
| 1.3.4 二维三铁材料 |
| 1.4 二维材料在多功能器件中的应用 |
| 1.5 本论文的研究内容与主要结论 |
| 参考文献 |
| 第二章 第一性原理计算方法和软件介绍 |
| 2.1 多粒子体系Schr(?)dinger方程 |
| 2.1.1 多粒子体系Schr(?)dinger方程 |
| 2.1.2 Born-Oppenheimer近似 |
| 2.1.3 Hartree-Fock自洽场方法 |
| 2.2 密度泛函理论 |
| 2.2.1 Tomas-Fermi模型 |
| 2.2.2 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.2.3 Kohn-Sham方程 |
| 2.3 交换关联泛函 |
| 2.3.1 局域密度近似(LDA) |
| 2.3.2 广义梯度近似(GGA) |
| 2.3.3 轨道泛函GGA+U |
| 2.3.4 杂化泛函 |
| 2.4 第一性原理计算软件包 |
| 参考文献 |
| 第三章 二维材料的电子结构及其铁性的理论研究 |
| 3.1 二维γ-SbX (X=As和P)中的铁电性及光学性质研究 |
| 3.1.1 实验和理论研究背景 |
| 3.1.2 计算方法和模型 |
| 3.1.3 结果和讨论 |
| 3.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 3.2. 双层CrI_3中异质结面诱导的非易失性铁磁性 |
| 3.2.1 实验和理论研究背景 |
| 3.2.2 计算方法和模型 |
| 3.2.3 结果和讨论 |
| 3.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 二维材料中本征三铁性的理论研究 |
| 4.1.1 实验和理论研究背景 |
| 4.1.2 计算方法和模型 |
| 4.1.3 结果和讨论 |
| 4.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维材料中的多功能性质研究 |
| 5.1 二维BI中的铁电性、超高载流子迁移率和负泊松比性质研究 |
| 5.1.1 实验和理论研究背景 |
| 5.1.2 计算方法和模型 |
| 5.1.3 结果和讨论 |
| 5.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 5.2 二维PtI_2中的光催化析氧反应和负泊松比性质研究 |
| 5.2.1 实验和理论研究背景 |
| 5.2.2 计算方法和模型 |
| 5.2.3 结果和讨论 |
| 5.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 5.3 二维X-Tl_2S (X=E、1T和2H)中的半导体和能谷性质研究 |
| 5.3.1 实验和理论研究背景 |
| 5.3.2 计算方法和模型 |
| 5.3.3 结果和讨论 |
| 5.3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论与创新点 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录和获奖等情况 |
| 附录: 攻读博士学位期间所发表的英文论文(原文) |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（6）负泊松比金属玻璃结构力学性能研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 负泊松比结构概述 |
| 1.2 金属玻璃概述 |
| 1.3 负泊松比结构金属玻璃研究进展 |
| 2 计算机模拟方法 |
| 2.1 分子动力学模拟简介 |
| 2.2 有限元模拟简介 |
| 3 孔穴半径对手性金属玻璃纳米单元力学性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模拟过程和方法 |
| 3.3 几何构型与密度 |
| 3.4 杨氏模量和极限拉伸强度 |
| 3.5 泊松比 |
| 3.6 原子位移 |
| 3.7 原子剪切应变 |
| 3.8 拉伸速率 |
| 3.9 本章小结 |
| 4 圆角结构对手性金属玻璃纳米单元力学性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 几何构型 |
| 4.3 杨氏模量和极限拉伸强度 |
| 4.4 泊松比 |
| 4.5 原子剪切应变 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 模拟激光3D打印手性金属玻璃纳米单元 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 模拟过程和方法 |
| 5.3 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 部分 LAMMPS可执行文件(in文件) |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（7）石墨烯剪纸的力学性能及调控机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究对象 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 分子动力学模拟方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基本原理及方法 |
| 2.2.1 运动方程 |
| 2.2.2 牛顿运动方程式的数值解法 |
| 2.2.3 温度控制和压力控制 |
| 2.2.4 模拟的系综 |
| 2.3 势函数 |
| 2.4 几个基本概念 |
| 2.5 主要软件 |
| 2.6 分子动力学模拟计算步骤 |
| 2.7 小结 |
| 第三章 石墨烯剪纸的拉伸力学行为研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 石墨烯剪纸模型构建 |
| 3.3 模拟方法 |
| 3.4 石墨烯剪纸的拉伸力学行为研究 |
| 3.5 穿孔几何参数对石墨烯剪纸拉伸力学性能的影响 |
| 3.6 氢化对石墨烯剪纸拉伸力学性能的影响 |
| 3.6.1 模型建立和模拟条件设定 |
| 3.6.2 氢化石墨烯剪纸的单轴拉伸研究 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 石墨烯剪纸的剪切力学行为研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型构建以及模拟条件设定 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在硕士期间发表的论文 |
（8）负泊松比纱线的结构成形与拉胀机理建模研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 概述 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状分析 |
| 1.2.1 拉胀纱线 |
| 1.2.2 拉胀织物 |
| 1.2.3 其它拉胀材料 |
| 1.2.4 拉胀纱线的数理建模分析 |
| 1.2.5 拉胀纺织材料的应用 |
| 1.3 拉胀纺织材料目前存在的问题 |
| 1.4 研究目标与研究内容 |
| 1.4.1 研究目标与研究内容 |
| 1.4.2 拟解决的关键问题、技术路线和创新性 |
| 1.5 章节安排 |
| 第2章 稳定结构拉胀纱线的制备与性能表征 |
| 2.1 基于环锭纺成形的螺旋拉胀纱 |
| 2.1.1 材料、结构与制备 |
| 2.1.2 测试与表征 |
| 2.1.3 形态结构稳定性 |
| 2.1.4 拉胀性能 |
| 2.2 基于编织机成形的拉胀纱 |
| 2.2.1 材料、结构与制备 |
| 2.2.2 测试与表征 |
| 2.2.3 包缠角度对拉胀性能的影响 |
| 2.2.4 包缠组分模量对拉胀性能的影响 |
| 2.2.5 两种拉胀结构纱对比 |
| 2.3 基于空心锭纺成形的拉胀纱 |
| 2.3.1 材料、结构与制备 |
| 2.3.2 测试与表征 |
| 2.3.3 拉胀纱线对比 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于有限元建模的拉胀纱的拉伸形变分析 |
| 3.1 有限元分析法 |
| 3.1.1 拉胀纱线建模 |
| 3.1.2 模型有效性与精度分析 |
| 3.2 拉胀纱线性能分析 |
| 3.2.1 材料泊松比对拉胀纱线性能的影响 |
| 3.2.2 初始螺旋角对拉胀纱线性能的影响 |
| 3.2.3 拉胀纱线平铺效果 |
| 3.3 拉胀机理分析 |
| 3.3.1 纱线变形轨迹 |
| 3.3.2 纱线组分间的相互作用力 |
| 3.3.3 拉胀机理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 螺旋拉胀纱的力学建模分析 |
| 4.1 螺旋拉胀纱轴向拉伸作用下的变形形态分析 |
| 4.1.1 初始几何结构 |
| 4.1.2 拉伸变形结构 |
| 4.2 螺旋拉胀纱力学建模分析 |
| 4.2.1 理想假设条件 |
| 4.2.2 螺旋拉胀纱力学建模分析 |
| 4.3 螺旋拉胀纱两组分接触表面正压力的建模分析 |
| 4.3.1 螺旋形芯纱力学建模分析 |
| 4.3.2 螺旋形芯纱表面正压力建模分析 |
| 4.4 在拉力和压力共同作用下芯纱形变力学建模分析 |
| 4.4.1 芯纱力学建模分析 |
| 4.4.2 螺旋形芯纱截面变形形态分析 |
| 4.5 考虑相互作用力下螺旋拉胀纱的泊松比值 |
| 4.5.1 不同螺旋角度拉胀纱应力-应变曲线 |
| 4.5.2 实验与理论结果的对比验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于螺旋拉胀纱的机织物成形及可应用性分析 |
| 5.1 基于环锭纺螺旋拉胀纱的机织物制备与表征 |
| 5.1.1 材料、结构与制备 |
| 5.1.2 织物拉胀性能的测试与分析 |
| 5.1.3 织物自卷曲效果的测试与分析 |
| 5.1.4 织物自折叠效果的测试与分析 |
| 5.2 基于空心锭纺螺旋拉胀纱的机织物制备与性能测试 |
| 5.2.1 结构与制备 |
| 5.2.2 织物经纬向拉伸性能测试与表征 |
| 5.2.3 织物冲击性能测试与表征 |
| 5.3 基于螺旋拉胀纱成形的机织物的潜在可应用性 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表成果情况 |
| 致谢 |
（9）3D打印可编程形状记忆负泊松比结构的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 形状记忆聚合物 |
| 1.2.1 形状记忆聚合物的概念 |
| 1.2.2 形状记忆聚合物记忆机理 |
| 1.2.3 形状记忆聚合物的应用 |
| 1.3 基于3D打印技术的形状记忆结构 |
| 1.4 负泊松比材料 |
| 1.4.1 负泊松比材料的概念 |
| 1.4.2 国内外对于拉胀超材料的研究 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 实验材料与设备及实验研究方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料与仪器设备 |
| 2.2.1 3D打印耗材 |
| 2.2.2 实验仪器与设备 |
| 2.3 课题研究方案 |
| 2.4 3D打印试样制备 |
| 2.4.1 3D打印技术概述 |
| 2.4.2 3D打印流程 |
| 2.4.3 切片及打印参数的设定 |
| 2.4.4 打印试样精度与误差分析 |
| 2.4.5 对打印设备的改进 |
| 2.5 材料性能测试方法 |
| 2.5.1单轴拉伸实验 |
| 2.5.2 动态力学性能测试 |
| 2.5.3 形状记忆性能测试 |
| 第3章 二维网格设计与有限元模拟及材料性能测试 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 二维网格结构的几何模型设计 |
| 3.3 有限元模拟与分析 |
| 3.4 材料性能测试 |
| 3.4.1 材料的单轴拉伸性能 |
| 3.4.2 材料的动态模量 |
| 3.4.3 材料的形状记忆特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 二维网格结构单轴拉伸实验与模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变形测量 |
| 4.3 二维网格变形 |
| 4.4 二维网格编程 |
| 4.5 二维数字设计网格 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 三维圆柱壳模型的设计与分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 均匀圆柱壳 |
| 5.2.1 圆柱壳的设计与制备 |
| 5.2.2 固定圆柱壳上下边界条件时的变形 |
| 5.2.3 释放圆柱壳上下边界条件的变形 |
| 5.3 非均匀数字圆柱壳 |
| 5.3.1 数字圆柱壳的设计 |
| 5.3.2 二级圆柱壳的变形 |
| 5.3.3 数字圆柱壳的变形 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（10）拉胀超构材料的设计及相关性质的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 力学超构材料概述 |
| 1.1.1 力学超构材料的简介 |
| 1.1.2 拉胀超构材料及应用 |
| 1.2 拉胀超构材料的静态力学性能研究 |
| 1.2.1 拉胀超构材料的变形及负泊松比 |
| 1.2.2 拉胀超构材料的力学性能 |
| 1.3 拉胀超构材料的减振性能研究 |
| 1.3.1 弹性波带隙的物理基础 |
| 1.3.2 拉胀超构材料的结构减振 |
| 1.4 本论文的研究内容、目的和意义 |
| 参考文献 |
| 第二章 拉胀超构材料的设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 凹角结构 |
| 2.3 手性结构 |
| 2.4 屈曲结构 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 拱形单元拉胀超构材料及性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 拱形单元拉胀超构材料的提出与制备 |
| 3.3 拱形单元拉胀超构材料的力学性能研究 |
| 3.3.1 力学性能与变形 |
| 3.3.2 理论模型及分析 |
| 3.4 本章小节 |
| 参考文献 |
| 第四章 手性拉胀超构材料的性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 二维手性结构的性能 |
| 4.2.1 二维手性结构的力学性能 |
| 4.2.2 二维手性结构的弹性波带隙 |
| 4.3 三维手性结构的能带结构 |
| 4.3.1 常规三维手性结构的带隙 |
| 4.3.2 低频宽带隙三维手性结构 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 攻读硕士期间的研究成果 |
| 致谢 |
四、拉胀材料研究的进展（论文参考文献）
- [1]二维锗基材料的结果预测及其物性研究[D]. 兰志水. 南京邮电大学, 2021
- [2]多元成分空间弹性数据模型与Nb-Ti-V-Zr合金高通量设计[D]. 廖名情. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [3]微结构调控下拉胀多孔材料的冲击动力学性能研究[D]. 安超超. 华北电力大学, 2021
- [4]钢筋混凝土的负泊松比设计与力学性能研究[D]. 李梦瑶. 青岛理工大学, 2021(02)
- [5]新型二维材料铁性及多功能性质的理论研究[D]. 申世英. 山东大学, 2021(11)
- [6]负泊松比金属玻璃结构力学性能研究[D]. 陈哲. 中国矿业大学, 2020(03)
- [7]石墨烯剪纸的力学性能及调控机理研究[D]. 蒋滔. 江苏大学, 2020(02)
- [8]负泊松比纱线的结构成形与拉胀机理建模研究[D]. 刘赛. 东华大学, 2019(05)
- [9]3D打印可编程形状记忆负泊松比结构的设计与研究[D]. 洪伟. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [10]拉胀超构材料的设计及相关性质的研究[D]. 秦苑. 南京大学, 2019(07)