不同多孔结构力学性能的数值仿真研究

曹 硕，姜 浩，黄诚毅，方 娟（通信作者）

(吉林建筑大学土木工程学院 吉林 长春 130118)

0 引言

自然界中常见多孔材料，如木材、骨骼、岩石等[1-2]。随着科学技术的发展，人造多孔材料的类型也越来越多，如生活中常见的混凝土、陶瓷及各类高聚合物[3]。多孔结构材料因其在机械、渗透、吸附等方面有独特的生物活性特征而广泛应用于各类工程领域。并且其制造工艺简单，因此多孔结构材料研究成了跨学科研究的热点。

压缩性能是衡量多孔结构力学性能的一个重要指标，也是多孔材料的主要研究方面之一。多孔结构是由很多封闭或贯通的孔洞组成的网络状结构。孔洞的表面和边界由平板或支柱结构构成。表征材料的内部几何结构参数是影响其力学性能的主要因素之一。内部几何结构参数主要包括孔隙尺寸及孔隙形状，而孔隙形状决定了单元体内的孔隙与支架的空间分布[4]。本文将建立两种不同形状单元体及其结构体，并进行力学性能数值仿真分析，以探索不同孔隙形状对多孔结构力学性能的影响。

1 多孔结构的设计

1.1 孔隙形状

多孔结构的显著特点是较大的孔隙率和较高的低密度，基于此独特的结构特性会衍生出许多独特的优点。如，机械性能、光电性能、传播性能、选择渗透性等。其中机械性能方面最显著的特点是因为多孔材料具有比较低的密度，所以在航天航空领域应用此结构可以减少重量。在传播性能方面，多孔结构会发生多次折射和反射的现象，同时也增加了衍射的可能性，这会实现阻波的作用，应用此特性可以在隔音降噪方面采取多孔的结构。……