伴隨著納米科技與仿生學(xué)的發(fā)展,相關(guān)研究人員已經(jīng)制備出各種輕質(zhì)高強(qiáng)的仿生結(jié)構(gòu)材料。雖然目前仿生結(jié)構(gòu)復(fù)合材料相關(guān)研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展,但其與工業(yè)應(yīng)用仍舊存在著不小的距離。發(fā)展精準(zhǔn)的、高效的、參數(shù)化的、精細(xì)化的仿生微結(jié)構(gòu)調(diào)控策略,是解決輕質(zhì)高強(qiáng)仿生結(jié)構(gòu)工業(yè)化的重要途徑之一。本論文著眼于這一點(diǎn),首先對(duì)近年來熱點(diǎn)自然材料的多尺度結(jié)構(gòu)與仿生制備方法進(jìn)行了綜述,重點(diǎn)闡述了雙向冷凍技術(shù)與3D打印技術(shù)制備的多尺度力學(xué)結(jié)構(gòu)材料以及其常用的計(jì)算表征手段�；诖�,我們旨在通過有限元表征技術(shù)優(yōu)化仿生結(jié)構(gòu)材料與制備方法,以實(shí)現(xiàn)普適性的、經(jīng)濟(jì)可行的、規(guī)模化,參數(shù)化生產(chǎn),為實(shí)現(xiàn)高性能仿生結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際應(yīng)用提供一定的參考與指導(dǎo)。所取得的主要研究結(jié)果如下:1.優(yōu)化了傳統(tǒng)雙向冷凍工藝,通過溫度梯度的模擬與優(yōu)化,確定更適宜的雙向冷凍條件,從而制備更規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)。發(fā)展了制備微觀彎曲層狀結(jié)構(gòu)的新方法,通過改變冷凍裝置的幾何形貌進(jìn)而改變冷凍裝置的溫度場(chǎng),從而調(diào)節(jié)冷凍組裝體的微觀形貌,最終制備微觀彎曲的層狀結(jié)構(gòu)材料。緊接著對(duì)比幾個(gè)影響冷凍裝置的關(guān)鍵參數(shù),系統(tǒng)地研究了這些參數(shù)的影響,以優(yōu)化制備的組裝體的微觀形貌。2.研究了一種仿... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３竹子的層次結(jié)構(gòu)??

??（ｂ）?（Ｃ），〇〇ｌ?Ｅｏｗ．Ｓ？Ｘｆ?＾Ｃｆ??１００?Ｂ？相」一?１０?￡？?冰印??Ｉ，。?ｓｗ?｜??Ｉ，?ｙ＾ｍ?＾Ｔ?１０１；??ｌ０１?Ｍ?＾?ｂ－??３?Ｈ?Ｓｖ＿?＊？＊＜Ｊ祕(mì)?ｇ?ｍａｔｏｆＪ？ｉ?？?？??＂ｉ?叫‘一?：??〇〇０１?ＬＭｎ＾ｎ；ｋＴ＾?＾?Ｊ?Ｔ＊＾?ｔ??ｉ?ｅ？４?＂＾１＊＊???－?—????????????????ｓｉｎｇｋｔ?ｍａＨｉ?矜《ｍ．．旮??５０?，Ｍ?６０００??圖１．４?３Ｄ打印制備的材料力學(xué)性能與天然材料的力學(xué)的性能比較??１．３．３基于３Ｄ打印技術(shù)的計(jì)算仿真進(jìn)展??由于３Ｄ打印的特殊性以及高度靈活性，這導(dǎo)致與常規(guī)技術(shù)制備出的材料在??微觀形貌與力學(xué)性能等諸多方面存在著極大的差異。尤其３Ｄ打印的選擇的參數(shù)??不同，對(duì)最終的性能有著極大的影響，而這些影響難以通過實(shí)時(shí)觀測(cè)表征。因此??計(jì)算仿真變成為了一個(gè)用來表征材料微觀形貌的演化的一個(gè)有效，廉價(jià)的途徑。??而且，通過仿真模擬表征材料的相關(guān)力學(xué)，光學(xué)，磁學(xué)等性能，可以有效的縮短??制備理想材料的時(shí)間，極大縮短了制備周期。??Ｋｉｍ等人１６１］通過Ｐｏｌｙｆｌｏｗ仿真與實(shí)驗(yàn)研宄噴嘴形狀對(duì)含有銀納米線的復(fù)合??材料的影響，并設(shè)計(jì)出為具有高導(dǎo)電性的氧化銀納米線和介電聚合物基體。Ｒａｉ??等人［６２］通過自動(dòng)元胞機(jī)模擬了在選擇性激光融化過程中晶粒結(jié)構(gòu)的演化過程。??該模型能夠再現(xiàn)晶粒競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)以及部分熔融粉末顆粒形成雜散晶粒的過程，有效??的模擬了選擇性束熔化過程中的晶粒結(jié)構(gòu)和織構(gòu)，為其工藝參數(shù)的選擇提供了有??效的指導(dǎo)。Ｒｏｄｇｅｒｓ等人［６３］在蒙特卡羅動(dòng)

?第二章有限元溫度場(chǎng)設(shè)計(jì)冷凍材料的微觀形貌???ａｒ（°Ｃ）?Ｓｐｅｃｉｍｅｎ．?＾??Ｉ?ＰＨＴ＿＿ｆ?＿??＾?Ｈ?Ｌｉｑｕｉｄ?Ｈ?＾??ｙ?Ｅ�。眨桑�?ＨＵ??ＬＩＨ?■■?■■??圖２．２不同時(shí)刻的冷凍裝置的溫度場(chǎng)??為了進(jìn)一步驗(yàn)證通過有限元分析溫度場(chǎng)溫度梯度進(jìn)而優(yōu)化組裝體微觀形貌??的合理性與有效性，本節(jié)進(jìn)一步選擇解決實(shí)際制備組裝體過程中遇到的一普遍的??問題，即冷凍樣品結(jié)晶前言在達(dá)到一定的高度的情況下，微觀形貌由層狀轉(zhuǎn)化為??蜂窩狀結(jié)構(gòu)的問題。也就是說，樣品在凝固到一定的高度的前提下，由于在結(jié)晶??處的固體部分無(wú)法提供足夠的溫度梯度，使得樣品無(wú)法再維持層狀結(jié)構(gòu)的微觀形??貌，這時(shí)候冰晶往往轉(zhuǎn)化為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，使得制備層狀結(jié)構(gòu)過程失敗。本文通過??結(jié)合熱傳導(dǎo)與凝固過程耦合有限元分析，解釋了溫度場(chǎng)導(dǎo)致制備微觀層狀結(jié)構(gòu)組??裝體不成功這一過程。對(duì)此，有這樣的解釋：冷凍裝置的溫度場(chǎng)的變化以及導(dǎo)致??的結(jié)晶前沿推進(jìn)時(shí)，當(dāng)前后溫度梯度過小，導(dǎo)致結(jié)晶前沿過于平攤，無(wú)法形成穩(wěn)??定的層狀結(jié)構(gòu)這一過程，而這一過程在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中難以被充分觀察和表征。故溫??度場(chǎng)在某種意義上影響著了冷凍樣品的微觀形貌。??＇?曜??………??圖２．３冷凍裝置的熱通量??通過組裝體冷凍極限高度的分析，我們進(jìn)一步驗(yàn)證了通過溫度梯度場(chǎng)理論分??１７??


本文編號(hào)：3000228