基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模

提出了一种基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模方法,其能够从基于弹性力学方程的数值计算结果建立简洁且能准确捕捉变形机制的力学模型。基于有限元计算得到的高精度数据和无监督数据驱动控制方程识别方法Seq-SVF,从梁的载荷和位移数据中自动识别出了Timoshenko梁形式的弯曲控制微分方程,得到了三种不同加载条件下剪切影响系数关于结构尺寸和力学参数的函数表达式。揭示了经典模型适用的加载条件,同时还给出了一种未发现的新模型。通过将基于弹性力学的第一性原理计算与数据驱动范式相结合,克服了传统建模方法的局限性和对人类经验的强依赖性,为建立简洁的力学模型提供了一种新途径。

纳米发光材料LnVO_4:Eu(Ln=La,Gd,Y)的光谱研究

采用络合溶胶 凝胶法制备了系列纳米发光材料LnVO4:Eu(Ln =La ,Gd ,Y) ,并采用X射线衍射(XRD)、红外光谱 (FTIR)、荧光光谱以及紫外 可见光谱 (UV Vis)对三种发光材料的结构以及发光性质进行研究。结果表明 :YVO4与GdVO4具有相同的结构 ,均属于四方晶系 ,二者具有相似的光谱性质 ;而LaVO4属于单斜晶系 ,受对称性的影响其光谱也相应的发生了变化 ,红外光谱和发射光谱的特征峰发生明显的宽化 。

纳米级发光粉体YVO_4∶Eu的合成及光谱性质研究

采用柠檬酸作为络合剂,通过络合溶胶 凝胶法制备出纳米级的钒基发光材料YVO4∶Eu,并利用TEM,红外光谱以及荧光光谱对其进行研究。结果表明:用这种方法制备的YVO4∶Eu粉体粒径在100nm以下;与大颗粒的粉体相比,由于量子尺寸效应的影响,纳米级YVO4∶Eu的红外光谱发生明显的蓝移现象,而其发射光谱以及激发光谱未发生显著变化,可发出较纯正红光。

具有界面热阻的接触传热耦合问题的数值模拟

发展了基于界面热阻本构模型的热接触耦合问题有限元分析的新算法。对接触边界的热交换分析采用压力相关的传热本构模型 ,为考虑力学—传热之间的耦合特性 ,建立两类变分方程 ,一类是热力学变分泛函 ,其考虑接触区域对结构热传导的影响。另一类是热弹性接触分析的参数变分原理 ,可以方便地对接触问题进行求解。文中给出有限元分析的离散公式 ,并进一步给出进行两类问题耦合分析的迭代算法 ,其中接触分析的惩罚因子是可以消除的。数值结果在验证文中算法的同时证实了耦合分析的重要性。

搅拌摩擦焊接过程中搅拌头转速对材料流动的影响

使用有限元方法模拟了不同搅拌头转速下,搅拌摩擦焊接过程中Al 6061-T6材料的三维流动,以及材料流动与搅拌头转速的关系,结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中,后退侧的材料流动较前进侧更为剧烈,并且随着搅拌头转速的增加,材料流动也会得到不同程度增强.搅拌头前方的材料在搅拌头的推动作用下向上涌起,被旋推到搅拌头后方并向下运动,该过程的周而复始是促使搅拌摩擦焊接顺利完成的主要原因.等效塑性应变等值线的形状与材料热影响区、热力影响区以及搅拌区的边界形状具有较好的对应关系,随着搅拌头转速的增加,等效塑性应变随之增加.

正交各向异性弹塑性摩擦接触问题的数值求解

采用正交各向异性摩擦定律对三维弹塑性摩擦接触问题进行分析,基于参变量变分原理,经过有限元离散,将问题化为线性互补问题模型,之后给出一个求解互补问题的非内点光滑化算法.对三维接触问题,滑动方向的确定一直是个难点,为此,该文采用作者提出的组合规划法和迭代法对各向异性摩擦本构模型进行分析,数值结果说明了模型与算法的正确性.

三维弹塑性有摩擦接触问题求解的一个新算法

空间弹塑性有摩擦问题是两种非线性相互耦合的边值待定问题 ,由于涉及到空间接触问题 ,切向滑动状态的确定就成为一个重要的方面 ,为获得高精度的结果 ,大量的计算工作是难免的· 规划法与迭代法是处理这类问题的两种重要的方法· 作者提出了将这两种方法相结合的规划_迭代算法 ,充分利用两种方法各自的长处来处理空间弹塑性接触问题· 数值结果表明了所提出算法的良好性态·

压气机过盈配合的弹塑性有摩擦接触的研究

增压器压气机叶轮、轴套和轴采用过盈配合技术联成一体,这是三维多体弹塑性有摩擦接触问题,是两种非线性相互耦合的边值待定问题。采用有限元参数二次规划法,并结合多重子结构技术,充分利用两种方法各自的长处分析求解柴油机涡轮增压器叶轮与轴套、轴套与轴的三维弹塑性有摩擦接触问题,针对不同的过盈量、摩擦因数、转速和轴套壁厚进行了大量计算,获得了叶轮、轴套与轴之间接触应力的相应分布规律。轴套与轴的装配过盈量是影响轮轴接触应力的重要因素。在选择叶轮、轴套和轴三者装配尺寸时,尤其采用压力组装法时应严格控制轴套与轴的过盈量。研究结果表明,此方法对压气机弹塑性接触特性是有效的,能够反映接触区域的接触法向应力、变形以及摩擦力的大小和分布情况。

秦岭南坡松栎林群落演替过程中物种组成及多样性动态分析

为揭示秦岭南坡植物群落演替与物种多样性之间的复杂关系,采用空间代替时间的方法在秦岭南坡油松林、松栎混交林和锐齿栎林群落典型分布区域设置45个样地进行了群落学调查,统计分析了油松林→松栎混交林→锐齿栎林这一演替序列过程中草、灌、乔3层的物种组成和α物种多样性动态。结果表明:(1)秦岭南坡油松林、松栎混交林和锐齿栎林3种群落共有维管植物312种,隶属于73科183属,其中草本植物136种,灌木(含木质藤本)98种,乔木78种;油松林群落包含52科117属190种,松栎混交林群落含有60科95属129种,锐齿栎林群落则为50科109属178种。(2)沿油松林→松栎混交林→锐齿栎林群落演替序列,草本层物种均匀度和物种多样性显著降低,物种丰富度呈"V"形变化趋势;灌木层物种丰富度、均匀度以及物种多样性均无显著差异;乔木层物种多样性呈明显的单峰型变化,其中松栎混交林群落物种多样性指数最高。研究表明,秦岭南坡松栎林群落物种多样性随演替进展总体上呈现单峰型变化,与中期物种多样性假说一致;物种多样性可能仅仅是群落稳定的一个基础或前提条件。

求解摩擦接触问题的一个非内点光滑化算法

给出了一个求解三维弹性有摩擦接触问题的新算法,即基于NCP函数的非内点光滑化算法。首先通过参变量变分原理和参数二次规划法,将三维弹性有摩擦接触问题的分析归结为线性互补问题的求解;然后利用NCP函数,将互补问题的求解转换为非光滑方程组的求解;再用凝聚函数对其进行光滑化,最后用NEWTON法解所得到的光滑非线性方程组。方法具有易于理解及实现方便等特点。通过线性互补问题的数值算例及接触问题实例证实了该算法的可靠性与有效性。

面向集成化CAE软件开发的SiPESC研发工作进展

针对我国自主CAE软件发展缓慢的事实,根据现代工程领域的科学研究和产品研发对CAE建模、分析和设计能力提出的需求,研发自主的面向CAE工程与科学计算集成化软件平台SiPESC(Software Integration Platform for Engineering and Scientific Computation).SiPESC以开放性、大规模计算和集成性为发展目标,主要采用面向对象方法与UML技术、跨平台编程环境、XML语言以及基于面向组件和插件的软件设计技术等实现,其集成化功能模块包括面向核心任务管理的集成开发环境、面向系统集成的活动流程图定制工具、面向大规模计算的工程数据库管理系统以及通用数值算法库设计框架等.介绍基于SiPESC的CAE软件系统研发,包括开放式结构有限元分析系统及集成化结构分析与优化设计系统,并给出针对高速列车、风力发电机、火箭、桥梁与坝体等的典型工程分析示例.SiPESC现已具备计算集成的多项基本功能和子系统,为未来的发展奠定良好的基础.

广义平面矩形与空间矩形块体单元

建立一类新的平面矩形与空间矩形块体单元,形函数构造考虑了单元内部不同方向位移间的耦合效应,通过对形函数引入耦合附加项,从而较真实地描述了单元内部场和节点值之间的函数关系。数值试验表明新的类型单元实施方便,较传统类型单元有更高的精度。

传热与接触两类问题耦合作用的有限元分析

考虑传热接触耦合作用的热力学分析问题大量存在于工程中 ,分析的难点是必须考虑热与可移动接触边界间的耦合作用 .针对这类问题的求解 ,该文给出了接触边界上热交换与温度边界条件 ,并在此基础上建立了两类变分方程 ,一类是热力学变分泛函 ,其考虑了接触区域对结构热传导的影响 ;另一类是二维热弹性接触分析的参数变分原理 ,可以方便地对接触问题进行求解 .文中给出有限元分析的离散公式 ,并进一步给出两类问题耦合分析的迭代算法 ,其中接触分析的惩罚因子是可以消除的 ,数值结果验证了该文的理论与算法 .

搅拌摩擦焊接过程的有限元模拟

对摩擦搅拌焊接工艺进行数值仿真,建立了搅拌摩擦焊接的二维数值计算模型,通过数值手段进行焊接参数研究。并研究了焊接工艺过程中焊件材料的流动情况以及在焊接过程中材料的应力和应变情况,且与已有结果进行比较。证实了所建立模型的正确性与可靠性。

双材料楔形结合点的奇性分析

基于哈密顿原理，研究了两种材料楔形结合的应力奇性问题，采用变量代换方法，将问题的控制方程导向哈密顿体系，进而通过分高变量法解析地求解双材料楔形结合点问题的扇形域方程，导出两种材料楔形结合点奇性与位移、应力本征函数计算的解析表达式；利用计算机对其进行求解，数值结果验证了本方法的正确性。本方法公式推导十分简洁，是这类问题分析的新方法。

含液各向异性多孔介质应变局部化分析

工程中的含液多孔介质如饱和或非饱和岩土材料往往具有各向异性特性。采用Rudnicki建立的针对岩土材料的各向异性本构模型,对轴对称压缩试验中的含液多孔介质骨架的各向异性力学行为进行了分析;基于不连续分叉理论,导出了静态非渗流条件下处于轴对称应力状态的含液多孔介质应变局部化发生的临界模量、剪切带方向以及不连续速度矢量的显式表达式,在此基础上计算并讨论了材料参数变化和孔隙液体存在对各向异性多孔介质应变局部化的影响。

温度对振动载荷下互连微焊点寿命的影响

设计了温度-定频振动两场耦合可靠性试验,应用两参数weibull统计分析和物理失效分析方法,分析了温度(25,100℃)对振动载荷下微焊点寿命的影响.结果表明,温度由25℃升高到100℃,振动载荷下的微焊点寿命显著提高,U1位置处焊点寿命提高了106%,U2位置处焊点寿命提高了180%;失效模式统计分析表明,随着温度的升高,焊点由界面裂纹(裂纹产生在界面处的金属间化合物与铜焊盘之间)转变为体钎料裂纹(裂纹产生在体钎料处),失效机制由脆性断裂转变为韧性断裂,失效机制的转变与焊点寿命密切相关.

基于物质点方法饱和多孔介质动力学模拟(Ⅰ)--耦合物质点方法

提出用于饱和多孔介质动力学响应分析的耦合物质点方法(Coupling material point method)。采用u–p形式控制方程对饱和多孔介质进行数值模拟,建立了耦合物质点方法的弱形式离散求解方程,阐述了耦合物质点方法压强场边界条件的处理方式,通过引入边界压强层近似描述指定压强边界,并给出了算法的实施过程。通过数值算例,验证了所提出的耦合物质点方法用于饱和介质动力学分析的正确与有效性。

搅拌摩擦焊接过程中材料的三维流动分析

通过有限元方法对搅拌摩擦焊接过程中焊接构件材料的三维流动进行了研究,结果显示,在搅拌摩擦焊接工艺中,材料的等效塑性应变云图与焊接构件显微结构分布图有一定联系。在后退侧搅拌头的后方是材料流动较弱的区域,在后退侧搅拌头的前方则是材料流动最为剧烈的区域,材料越靠近焊接构件的上表面,其流动性越强。搅拌头前方的材料在搅拌头的推动下向上涌起,同时被旋推到搅拌头的后方,在肩台的作用下,这部分材料将会被压向下方以填充由于搅拌头的移动而留下的空间,这个过程周而复始,从而使搅拌摩擦焊接可以顺利进行。

平面4节点广义等参单元

在文献[1]建立的广义平面矩形单元的基础上,建立了平面4节点广义等参单元,并进行了深入研究,包括分片试验、单元的变形模态以及形函数的影响等。通过典型算例,对单元的性能进行了检验,数值结果表明,常规情况下建立的广义等参单元较传统单元具有更高的计算精度。