基于表面效应三维纳米多孔金属力学性能的有限元分析

纳米多孔金属是一类包含大量纳米尺度孔洞的金属材料,孔洞突出的表面效应,使得其具有比传统多孔金属更为优异的力学性能.相对于理论和分子动力学仿真,有限元方法更适用于复杂结构模型,但受限于理论难度,以往研究仍将纳米多孔金属模型简化为较为简单的二维结构,因此无法真实刻画纳米多孔金属的力学性能.为此,基于Gurtin-Murdoch表面理论,成功构建计入纳米表面效应的有限元表面单元,并考虑微观结构非均匀性,发展面向一般三维纳米多孔金属力学行为的有限元计算模型,将计算得到的纳米孔附近应力分布与参考文献进行对比分析,验证了所构建有限元模型的有效性.通过对包含单球孔和随机多球孔的纳米多孔金属进行单轴拉伸和单轴压缩模拟,揭示了孔隙率、孔洞数量和表面参数对纳米多孔金属杨氏模量、压缩屈服强度和吸能性的影响规律.结果表明:所构建的有限元模型可准确捕捉纳米孔附近应力分布,相对于表面拉梅常数,纳米多孔金属的杨氏模量显著依赖于孔洞表面残余应力和加载方向.所构建的有限元模型为纳米多孔金属力学性能预测提供科学依据.

磁驱动中心对称挠曲电夹层板力电耦合性能分析

现代工业的发展对材料性能和结构尺寸提出更高的要求,机电器件的设计越来越偏向于小型化、高频化和智能化.最新研究成果表明,磁电耦合复合材料不仅能够以较强的磁电转换效率实现磁能、机械能和电能之间的相互转换,还可以避免结构与机械驱动源的直接接触,实现非接触调控,这对于制备多功能微纳米器件具有重要意义.文章基于Mindlin所发展的多物理场结构理论分析方法,结合宏观压磁理论和偶应力挠曲电理论,研究由单个挠曲电电介质层和两个对称压磁层构成的三明治型夹层板在外部横向磁场驱动下的动态力电耦合响应,其中通过引入曲率将经典力电耦合理论拓宽到中心对称材料.夹层板在正弦型全局磁场和均布局部磁场驱动下的动态数值算例表明:位移和电势具有一定的频率依赖性,当激振频率达到固有频率时,振幅达到最大值;此外,对称式驱动压磁层分布方式趋于提高多层复合板的力电耦合性能.文章理论模型和研究结果可为磁控机电器件的优化设计提供新的改进思路.

基于光探针技术的自聚焦透镜光斑测量方法

以扫描探针显微理论为基础 ,讨论了基于光学纤维探针技术的自聚焦透镜光斑测量方法 ,介绍了实验系统的构成和测量原理、光学探针的制作和软件控制技术 ,并且以日本产NSG自聚焦透镜为样品进行了光斑测量和分析

面向国际化人才培养的弹性力学课程建设

弹性力学课程在工程力学、土木工程、机械工程和材料科学与工程等众多工科专业的课程设置中具有极端重要性,为更好地适应高等教育人才培养的"卓越化、国际化、研究型"要求,在新的时代背景下有必要对该课程的现行教学模式做出一些改善,如引入张量表述,适当减少经典解析解的篇幅并将重点放在解的来源和应用介绍上,适当增加泛函极值问题和变分理论的介绍,为后续的计算力学课程打好理论基础;视师生素质引入双语和全英文教学模式等。弹性力学课程国际化建设的主要元素包括:建设目标、教学内容的确立、教材选用、课件编制、习题选编、网络教学平台的建设和教学语言的确定,基于教学实践的实施效果也应得到合理评价。该课程已经取得的国际化建设经验同样适用于类似的其它力学课程。

偏振光调制的扫描近场光学显微镜应用

本文利用电光调制技术结合反射式扫描近场光学显微镜 ,获得了可以对光的偏振方向进行调制的针尖发光远场接收反射光的近场显微镜。对原有的TopometrixAuroraNSOM系统作了较大的改进。采用音叉 (tuningfork)检测光纤探针与样品间的剪切力取代了原有的光学法振动检测 ,避免了杂散光干扰。观察了 (Ba0 5Sr0 5)TiO3薄膜和LiTaO3晶体表面的电畴结构。横向分辨率约为 5 0nm。观察说明 ,反射式扫描近场光学显微镜适合研究固体表面的电畴结构 ,可获得光学衬度较好的电畴分布图像。

材料力学双语教学研究与实践

本文系统总结了东南大学近年来在开展材料力学课程双语教学研究和实践的心得和经验体会,在对国内外主流材料力学教材进行比对研究后,确定了双语和全英文教学的教材,确立了课程的模块化教学内容体系,确立了以学生为主体和教师为主导的基本教学理念以及把教学效益始终放在首位的教学目标,并就新的时代背景下材料力学的教学方法和手段进行了深入研究。

金课背景下材料力学课程线上线下混合式教学研究与实践

材料力学课程是工程力学、土木工程、机械工程和材料科学与工程等众多工科专业的重要专业基础课,在"金课"建设的背景下,确立了以学生为主体和教师为主导的基本教学理念,推进线上线下混合式教学改革,实现优质在线开放课程资源的有效应用。合理选择线上学习内容,优化线上线下教学活动,完善过程评价制度,促进信息技术和网络教学资源的深度整合,提升教学水平和人才培养质量。

流体力学双语教学的实践与研究

双语教学是培养具有综合国际竞争力人才的重要举措,也是教学改革的重点和难点。本文系统总结了东南大学近年在开展流体力学课程双语教学研究和实践中取得的心得体会,确定了教学教材,制定了教学内容,建立了以教师为主导、学生为主体的基本教学理念,建设了专门的双语教学网站,做到始终把教学效益放在首位的教学目标,为争创国际一流学校奠定基础。

混凝土圆柱中氯离子扩散的数值分析

为了更好地理解氯离子在混凝土中的扩散机制,运用有限差分法,对混凝土圆柱在氯盐环境下服役时的氯离子扩散过程进行数值模拟,模型同时考虑了混凝土圆柱表面氯离子浓度和柱内氯离子扩散系数的时间依赖效应,得到了氯离子在混凝土圆柱截面内随时间变化的浓度分布云图。结果表明:为延长服役寿命,工程实践中可以考虑适时更换钢筋外侧的混凝土保护层,混凝土保护层的更换会产生结构内氯离子浓度的重新分布,可通过减小钢筋附近的氯离子浓度来有效延长结构服役寿命,数值模拟的结果对混凝土结构中钢筋的布筋位置具有指导意义。

锥导乘波体外形设计及分析

为了改善高超声速飞行器的外形气动特性,以高超声速条件下锥型流近似解为基础,提出了一种高超声速乘波构型的初步设计方案,并由此方案生成乘波体外形。在确定Ma=6锥型流场之后,对于不同的乘波体长细比和底部基线参数进行了外形设计,并就参数变化对乘波体设计外形的影响进行了讨论,得到了设计参数影响外形的基本规律。运用Fluent软件对于所设计的乘波体外形进行三维流场数值模拟,分析其在设计状态下的绕流流场特性;并对乘波体在非设计马赫数以及非设计攻角状态下进行数值模拟,分析其在非设计状态下的气动特性的变化。结果表明:数值模拟结果与设计理论相吻合,压强与密度云图均显示了本文所设计的乘波构型的乘波特征,并且在非设计工况下其乘波特征仍然显著,例如Ma=4。

基于表面曲率依赖的三维纳米多孔金属强度分析

纳米多孔金属因其显著的表面效应和优异的机械性能而获得广泛认可.受限于理论复杂性,以往对纳米多孔金属的研究往往依赖于简化二维模型.然而,这些简化模型无法准确地刻画纳米多孔金属力学性能,也未能充分捕捉表面效应影响,特别是纳米表面曲率依赖性.因此,该研究采用最小能量原理,基于Steigmann-Ogden表面理论,设计了综合考虑纳米多孔材料表面效应的有限元表面单元.利用这种新型表面单元,我们构建不同纳米多孔金属模型,并对其进行单轴拉伸和压缩模拟.研究结果表明,表面弯曲刚度导致材料应变能密度显著增加,从而影响能量吸收率变化趋势.此外,与表面Lamé常数相反,纳米多孔金属杨氏模量受到表面残余应力、表面弯曲模量和加载方向等因素显著影响.所开发的有限元模型为准确预测纳米多孔金属力学性能提供了一种稳健而令人信服的科学方法.