准静态环境下的回溯加扰密钥生成算法

物理层安全技术利用无线信道环境动态生成密钥,但在准静态环境中,信道变换缓慢导致密钥的随机性及安全性不足,因而提出一种回溯加扰密钥生成算法(Backtracking Scrambled Key Generation,BSKG).首先,拆分信道系数的实部虚部量化以生成更长的密钥.调和后,再利用本次密钥与上一次密钥间的不一致索引总和生成扰码并与本次密钥加扰.仿真结果表明,较现有的多维信息、添加人工随机性的密钥生成方法,本文算法具有更高的密钥生成速率和安全性,且随“一次一密”密钥生成次数的增加,即使被窃听到较相关的信道系数,密钥泄露率仍接近0.5.利用语义安全和信息论不等式分别估计一般及恶劣信道条件成功窃听的概率上界及其随密钥生成次数N的变化情况,给定某些参数,得到这两种情况下的概率上界分别为2-77N和2-23N.

准静态压缩下“EPE/瓦楞纸板”缓冲系统能量吸收的研究

本研究主要探讨了发泡类材料与瓦楞纸板的共同缓冲作用。本研究将“EPE/瓦楞纸板”看作缓冲包装系统,并对其进行准静态压缩试验,得到材料的应力-应变曲线和能量吸收图,探究环境温度、EPE密度、EPE厚度对缓冲包装系统力学性能、能量吸收性能的影响。在应变为0.6时,组合缓冲系统(EPE_3、EPE_5)标准化能量(W/Es)吸收分别为0.2266、0.2024,较对照组EPE(W/Es=0.1835)增加了23.5%、10.3%;应变为0.6时,随着温度由-20℃增加至23℃、40℃,EPE_3吸收的标准化能量明显减小,EPE_3吸收的能量分别减少17.7%、20.9%,而EPE_5吸收的能量分别减少11.8%、19.9%;在上述应变状态下,EPE密度为24g/cm3的试样组合缓冲系统(EPE_3、EPE_5)具有最高的标准化能量吸收,分别为0.1916、0.1745;EPE厚度为30mm、40mm、50mm的组合材料(EPE_3、EPE_5)能量吸收曲线(W/Es-ε)重合度较高。瓦楞纸板在组合缓冲系统(EPE_3、EPE_5)中的缓冲作用不可被忽略;温度升高,组合缓冲系统的能量吸收会减少;EPE密度对组合缓冲系统力学性能有影响且存在“阈值效应”。EPE厚度对组合缓冲系统的力学性能影响不显著,增加EPE厚度会导致能量吸收曲线(W/Es-σ/Es)趋于平滑,使得最佳吸能点难以辨识。

基于准静态法的船体梁极限强度试验设计方法

为了应对采用传统试验法求解船体梁极限强度问题时存在的成本较高的情况,有必要在开展试验之前进行预设计。针对船体梁极限强度试验预设计问题,采用四点弯曲理论对船体梁极限强度开展试验设计,给出具体的试验工装设计方案和加载方案,并采用准静态法分析该方案在中拱状态下的极限强度。将采用该方法所得计算结果与理想状态下的数值计算结果相对比对比,结果发现误差仅为0.08%,表明该试验设计方案可靠、可行。研究结果可为船体梁极限强度试验的开展提供参考。

结合准静态挠度区间包络面的区间可靠度评估

由于在实际工程中难以获取结构随机参数充分的概率信息,动态荷载也增加了概率可靠度评估的难度,因此将移动荷载简化为准静态荷载,结合挠度曲线和位移影响线提出了准静态挠度曲面的概念,通过虚功原理推导挠度曲面的力学表达式。采用区间变量体现结构几何尺寸、材料特性与外荷载的不确定性,将挠度曲面拓展为准静态挠度区间包络面。以简支钢箱梁为例,根据梁的实测准静态挠度曲面与区间包络面之间的关系,提出了一种准静态区间可靠度指标,以评估梁损伤前后的可靠度。分析结果表明,准静态挠度区间包络面可以有效考虑结构参数与荷载的不确定性,同时区间可靠度指标值随着箱梁损伤程度的增加而降低。

挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的准静态压缩变形行为

采用准静态压缩实验研究了挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金在0.0001~0.33 s^(-1)应变速率范围内的变形行为。结果表明:挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的流变应力响应行为具有一定的应变速率相关性,具体表现为流变应力随加载应变速率的增加呈现先降低,后增加,再降低的演变趋势。在压缩变形过程中,两种镁合金试样均产生了较为明显的动态应变时效(DSA)。产生DSA所需的临界应变随加载应变速率的增加而增加,且应力-应变曲线的锯齿类型具有强的应变速率相关性。添加Sr元素降低了镁合金沿径向压缩的流变应力,但对DSA行为具有一定的促进作用。相同应变速率下,挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金产生DSA的临界应变明显较小,且锯齿幅值略大。此外,Sr元素对孪生也具有一定的抑制作用,导致挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金的孪晶界出现不同程度的扭曲。

水雾环境下密闭舱室内爆准静态压力特性试验研究

[目的]旨在探究水雾环境下的密闭舱室内爆准静态压力特性。[方法]首先,基于绝热的理想气体舱室内爆准静态压力理论模型,新增2个假设,建立水雾环境下的密闭舱室内爆准静态压力理论模型;然后,以药量为自变量,开展有/无水雾的密闭舱室内爆对照试验,测量准静态压力以验证水雾对准静态压力的削弱效应,并得到准静态压力经验公式。[结果]理论模型和试验数据分析表明:随着药量-体积比的增大,水雾减弱了内爆准静态压力的增强能力,增长率逐渐降低;引入后燃烧修正项的理论公式与经验公式均可用于预估舱内准静态压力峰值。[结论]试验结果验证了水雾对准静态压力的削弱效应,基于理论模型和相关试验数据拟合得到了水雾环境下内爆准静态压力峰值的经验公式。

挤压AM80-(0.2Sr)镁合金准静态载荷拉-压变形力学响应行为及其不对称性研究

通过室温条件下的准静态拉伸和压缩试验,研究了挤压AM80-(0.2Sr)镁合金拉伸和压缩变形的力学响应行为及不对称性,并探讨了Sr元素对力学响应行为的影响。结果表明:挤压AM80和AM80-0.2Sr镁合金均具有显著的拉-压变形不对称性。挤压AM80和AM80-0.2Sr的拉伸与压缩的屈服强度比b分别为2.06和2.28,拉伸与压缩的极限强度比c分别为0.78和0.81,且拉伸应变硬化率大幅低于压缩变形。此外,在拉伸变形过程中,两镁合金试样均出现了明显的动态应变时效,其锯齿波动由C型逐渐演变为B型。相较于压缩变形,两种镁合金试样在拉伸变形过程中的动态应变时效更明显。适量添加Sr元素有利于提升拉伸的屈服强度和极限强度,但会降低断裂应变以及压缩的屈服强度和极限强度,并抑制拉伸变形过程中的动态应变时效。两种镁合金的断裂失效机制均为微裂纹的形核和穿晶扩展,微裂纹优先在变形较为严重且出现孪晶交叉的晶界处形核,然后沿与拉伸载荷夹角约为45°的方向扩展,直至贯穿多个晶粒。

泡沫填充碳纤维增强复合材料方形蜂窝夹芯准静态压缩特性

提出了一种碳纤维增强复合材料(CFRP)方形蜂窝中内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫材料的新型轻质夹芯结构并实现了夹芯结构的制备。通过准静态压缩试验和数值模拟研究了不同几何参数夹芯的准静态压缩性能,结果表明:当夹芯栅格间距较小时,夹芯中方形蜂窝的破坏模式主要为脆性断裂破坏,随着栅格间距的不断增大,夹芯结构稳定性逐渐降低,因此夹芯失效模式转变为屈曲失稳。内嵌PMI泡沫后,方形蜂窝夹芯的压缩特性得到了显著改善,其压缩强度增大,能量吸收效率提高;随着内嵌泡沫密度的增大,夹芯的压缩强度和比能量吸收量均呈现出增大的趋势。研究结果可以为抗冲击类夹层结构夹芯的创新性设计提供思路和参考。

浇注PBX替代材料的准静态压缩力学行为及本构模型标定

为研究高聚物粘结炸药(PBX)的准静态压缩行为,对两种典型配方(含铝粉与否)的浇注PBX替代材料在不同应变率下进行单轴准静态压缩试验,并对其力学性能进行了对比分析。同时基于朱‑王‑唐(ZWT)模型提出一种新模型来描述材料的准静态压缩行为,通过遗传算法获取本构模型参数,并使用Fortran语言在Abaqus有限元软件的用户材料子程序(UMAT)接口中进行本构模型的建立。结果表明:浇注PBX替代材料的准静态压缩过程可分为弹性压缩、应力衰减以及失稳破坏3个阶段;准静态压缩力学行为与应变率有明显的相关性,随着应变率的提高,材料的有效压缩应变基本不变,而压缩模量、屈服强度和压缩强度的对数与应变率对数近似呈现出线性关系;铝粉的加入使浇注PBX替代材料压缩模量、屈服强度和压缩强度均有所提升。新构建的本构模型能较好描述浇注PBX替代材料的准静态压缩行为,使用有限元软件对本构模型普适性进行验证,得到仿真计算结果与试验结果间可决系数R^(2)均大于0.98,吻合程度较高。

全通道有效磁流变减振器的自适应分段准静态建模

全通道有效磁流变减振器(magnetorheological damper,MRD)阻尼通道中磁流变液的剪切屈服应力会随位置的变化而变化,在MRD结构设计阶段,常采用准静态模型来表示MRD结构尺寸与阻尼力的关系,并预测减振器的输出阻尼力。传统准静态模型通常假设磁流变液在阻尼通道内的剪切屈服应力处处相等,模型精度低且不符合全通道有效MRD磁路特点。基于上述问题,提出了一种新型自适应分段准静态建模方法,考虑了磁流变液剪切屈服应力随阻尼通道位置的变化关系,对阻尼通道的磁场强度先采用整体低阶拟合,根据设置的误差阈值对低阶拟合结果进行0/1状态划分,再完成分段拟合。以两款不同结构的全通道有效MRD为研究对象,通过电磁有限元仿真分析了全通道有效MRD的磁路特点并建立新型准静态模型,最后通过阻尼特性测试试验,验证了该新型准静态模型的合理性与精度。

碳纤维增强聚碳酸酯复合材料在高温中的准静态压缩强度

选择碳纤维平纹织物、碳纤维单向布分别和聚碳酸酯制备热塑性复合材料,包括碳纤维增强聚碳酸酯平纹层合板、单向板和正交层合板,并自制的高温装置与MTS(Material Testing System)搭配使用,研究上述三种复合材料在20℃、120℃、150℃、180℃四种温度下的面外准静态压缩行为,分析结构和温度对性能的影响,探究不同条件下的失效模式。结果表明:碳纤维增强聚碳酸酯平纹层合板的最大应力值和压缩模量与正交层合板接近,均高于碳纤维增强聚碳酸酯单向板;且温度对三种复合材料的面外准静态压缩性能有很大影响,随温度升高,准静态压缩模量和最大应力值都减小。

原位式准静态压电材料温度特性测试系统研发

压电材料的压电-温度特性会直接影响到压电器件的工作稳定性,是压电器件研发的重要依据。文中基于准静态测量方法研制上、下位机系统,实现了原位压电-温度特性测试。其次,设计开发了变温管式炉、激振器驱动、信号调理与采集电路,构建了准确的滤波与工频陷波算法。实测结果表明,所设计系统测试结果稳定,能够准确测量压电-温度特性并标定压电材料相变温度,可为压电器件设计提供重要的参考。

碳泡沫复合材料夹层结构准静态横压性能

碳泡沫是一种比强度高、导热导电率可控的新型功能结构材料,在复合材料成型模具制造等领域具有广阔的应用前景。本工作通过试验研究碳泡沫复合材料夹层结构在准静态横压状态下的损伤过程,提出适用于横观各向同性碳泡沫的失效判据,分别建立不考虑胶黏剂渗入区域和考虑渗入区域的夹层结构有限元模型,利用试验结果对模型的有效性进行验证,并进一步讨论相关参数的影响。结果表明,碳泡沫复合材料夹层结构在准静态横压后主要发生芯材的压缩破坏和剪切破坏,以及上面板的基体开裂和分层破坏。损伤过程为芯材塌陷、芯材45°或竖直开裂、芯材与面板分离,同时伴随上面板基体开裂和分层。与PMI泡沫和铝泡沫的损伤形貌相比,碳泡沫内部存在少量随机分布的裂纹。有限元模型满足分析精度要求,可以很好地模拟出夹层结构的准静态横压损伤过程。准静态横压能量和极限载荷随面板厚度和芯材厚度的增大而增大,与胶层厚度和压头直径没有明显的相关性;面板使用±45°铺层可有效提高夹层结构的准静态横压能量。

混凝土3D细观模型及准静态力学行为分析

混凝土是应用最广泛的建筑材料,在细观尺度上由砂浆、粗骨料和界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)组成,建立3D细观模型是揭示荷载作用下混凝土材料内部损伤机理的重要研究方法。基于传统的“生成-投放”法建立空间随机分布的随机凸多面体粗骨料模型,并提出骨料重力沉降和粒径缩放建模方法,实现了粗骨料体积率在50%范围内可调控;采用四面体网格划分多面体粗骨料以表征其真实形状;采用等效于零厚度粘结单元的粘结接触表征ITZ,解决了20μm~50μm厚度ITZ的网格划分问题;采用RHT材料模型表征砂浆和骨料,建立了混凝土3D细观有限元模型。随后开展了准静态单轴压缩、单轴拉伸、劈裂拉伸、双轴加载和三轴压缩条件下混凝土试件力学行为的有限元模拟。通过与试验应力-应变关系和试件破坏模式进行对比,验证了所建立的混凝土3D细观有限元模型的可靠性。进一步分析了砂浆、骨料和ITZ的强度,以及骨料粒径和体积率对混凝土单轴压缩力学性能的影响。结果表明增大砂浆强度可显著提高混凝土强度,而骨料和ITZ强度的影响较小;增大砂浆强度和ITZ强度可使混凝土峰值应变显著增大,而增大骨料强度导致混凝土峰值应变略有减小;降低粗骨料体积率和增大骨料最大粒径均可使混凝土强度略有增大且峰值应变减小。

深水夹层管准静态屈曲传播实验设计

针对海底管道发生整体失效破坏的主要模式之一屈曲传播,提出了以SS304不锈钢为内外管、高密度聚乙烯(HDPE)为夹层的夹层管准静态屈曲传播实验设计方案。设计并制作了夹层管缩尺模型,利用深水高压舱开展了准静态屈曲传播实验。结果表明,所设计的屈曲传播实验能够达到夹层管准静态屈曲传播压力测试要求。实验获得的屈曲传播压力数据可为夹层管基本结构设计和现场工程应用提供参考。

准静态侵入颗粒介质的底边界效应仿真分析

论文基于球形离散元方法研究颗粒介质的底边界效应,仿真刚体圆柱准静态侵入有限厚度颗粒介质直至底边界的过程,探究侵入物所受阻力与侵入深度间关系.结果表明,圆柱准静态侵入颗粒层至池底的阻力-深度曲线,前段呈类静水压力线性,接近底边界的后段呈类指数增长形式;在距底数个粒径范围内阻力存在波动,波长近似颗粒直径.与圆柱底固连的倒锥形固化区颗粒存在动态更新,侵入接近底边界时固化区瓦解,局部颗粒阻塞与疏通决定阻力增长趋势;圆柱底面以下的颗粒力链在接近底边界时转化为圆柱底与颗粒池底之间的“底-底”力链,力链受挤压后平均颗粒数的递减很好地解释了阻力振荡的波动性.

基于准静态压缩方法的玉米粒破碎试验

为减少粮食因破碎而导致的损耗浪费,探索玉米颗粒的抗破碎能力,该研究利用准静态压缩试验共获得了920组玉米粒的力学特性数据,并通过韦伯分布拟合对玉米粒破碎力进行了分析。试验对比压缩方位及压缩速率对玉米粒破碎力的影响,确定准静态压缩的试验条件,在此基础上探索玉米含水率、粒径、轴比对玉米粒破碎性质的影响。结果表明:沿玉米厚度方向压缩可获得玉米粒的最大破碎力;压缩速率小于0.10 s^(−1)时,压缩速率对玉米粒破碎力分布无影响。另外,玉米粒的含水率、粒径、轴比均影响其破碎力分布。含水率14.72%的玉米粒破碎力的韦伯分布尺度参数a最大,表明其破碎力分布更为集中;小粒径玉米粒更容易破碎,粒径小于7 mm时玉米粒破碎率达100%;玉米粒破碎率和破碎力均与轴比呈反比,表明饱满圆润的玉米颗粒更容易发生破碎。该试验可为玉米在储运、加工过程中的降碎降损提供可靠的数据支撑。

加强型蜂窝准静态压缩应力的理论、数值模拟及试验研究

为拓宽加强型蜂窝应用,研究其力学性能与结构参数的关系。首先,分析加强型蜂窝的结构,提取Y型胞元,以此为基础分析塑性铰单元。然后,将简化超折叠理论应用到Y型胞元结构折叠变形吸能分析,并分别利用基于屈雷斯佳和米塞斯屈服准则,推导蜂窝异面方向准静态平台应力理论模型。再次,选用壁厚为0.15 mm、边长为2.5 mm的铝合金5052H18,通过Ls⁃Dyna建立蜂窝仿真模型,获得平均应力,并将理论值与仿真值进行对比。结果表明,2种屈服准则下,理论值与仿真结果相关性为0.96,偏差在-12.16%~3.60%。最后,对普通型和“4+1”型蜂窝制样进行准静态压缩测试,结果表明,2种规格理论强度与实际测试强度偏差在-2.51%~1.56%。说明理论计算式正确,可为加强型蜂窝选型提供有效的设计依据,为工程应用提供一定的指导价值。

AZ31镁合金板材准静态-动态冲击流体介质温热复合成形极限研究

基于Nakazima半球凸模胀形试验,对AZ31镁合金板材进行了成形极限试验,探究了AZ31镁合金板材在准静态-动态冲击流体温热复合成形下成形极限分布规律。结果表明,温度升高会提升AZ31镁合金板材的极限应变,对比准静态与复合成形两种方式下的极限应变发现, AZ31镁合金板材在准静态-动态复合成形下极限应变值更高,塑性成形性能得到改善。对两种成形方式下的断口形貌扫描进行分析,结果表明,准静态-动态复合成形的韧窝比准静态成形的韧窝多且深。对不同成形方式试样在室温、 100及200℃下进行了EBSD分析,发现在室温时,复合成形出现了少量{10-12}拉伸孪晶协调变形。在100℃时,复合成形引入细而薄的拉伸孪晶片层,切割细化晶粒,塑性较准静态成形得到提升。200℃下比准静态成形产生更多的再结晶晶粒是复合成形塑性提高的主要原因。

树脂准静态拉伸黏弹性本构拟合与数值模拟

利用电子万能试验机开展了室温拉伸试验,在0.000667s^(-1)、0.003333s^(-1)、0.005333s^(-1)应变率下,研究树脂材料在准静态拉伸下的力学行为。试验结果表明,树脂材料(树脂质量:固化剂质量=3.7:1)在低应变率下的拉伸力学性能是率相关的,随应变率的升高,给定应变下的应力逐渐增大。扫描电镜(SEM)分析表明,随着应变率的升高,脆性断裂形貌特征越来越明显。采用广义非线性ZWT(朱-王-唐)本构模型描述树脂材料低应变下的拉伸力学行为,并由试验数据拟合得出一维、三维本构参数。将试验数据代入ABAQUS软件,模拟了不同应变率下的准静态拉伸试验,仿真结果与试验比较相符。