泡沫金属子弹冲击下多孔金属夹芯板动力响应研究

采用实验和数值模拟方法研究了多孔金属子弹冲击下多孔金属固支夹芯方板的动力响应。考察了子弹冲量、面板厚度、芯层厚度及不同芯层类型对夹芯板抗冲击性能的影响。结果表明,通过增加面板厚度或芯层厚度均能有效控制夹芯板后面板的残余变形,改善其抗冲击能力。在给夹芯板增加相同质量的前提下,增加芯层厚度比增加面板厚度能获得更好的抗冲击效果。结果还表明,在本文研究的冲量范围内,夹芯板具有优于等质量单层板的抗冲击能力,而蜂窝芯层构成的夹芯板则具有更优的抗冲击能力。

黏弹性功能梯度材料裂纹问题的有限元方法

针对组分材料体积含量任意分布的黏弹性功能梯度材料裂纹问题建立有限元分析途径.通过Laplace变换,将黏弹性问题转化到象空间中求解,基于反映材料非均匀的梯度单元和裂纹尖端奇异特性的奇异单元计算象空间中的位移、应力和应变场,应用虚拟裂纹闭合方法得到应变能释放率,分别由应力和应变能释放率确定应力强度因子.给出这些断裂参量在物理空间和象空间之间的对应关系,由数值逆变换求出其在物理空间的相应值.文中分析两端均匀受拉的黏弹性边裂纹板条,首先针对松弛模量表示为空间函数和时间函数乘积的特殊梯度材料进行计算,结合对应原理验证方法的有效性.然后分析组分材料体积含量具有任意梯度分布的情形,由Mori--Tanaka方法预测象空间中的等效松弛模量.计算结果表明,蠕变加载条件下,应变能释放率随时间增加,其增大程度与黏弹性组分材料体积含量相关.由于梯度材料的非均匀黏弹性性质,产生应力重新分布,导致应力强度因子随时间变化,其变化范围与组分材料的体积含量分布方式有关.

热环境中黏弹性功能梯度材料及其结构的蠕变

基于经典的对应原理,将Mori-Tanaka方法等细观力学结果推广于定常温度环境下的黏弹性情形.根据泊松比与时间呈弱相关的特点,给出Laplace象空间中功能梯度材料的松弛模量和热膨胀系数,并直接建立耦合热应变的多维黏弹性本构关系.在此基础上,求解黏弹性功能梯度圆柱薄壳在热环境中的轴对称弯曲蠕变变形问题.考虑材料热物参数的温度相关性,首先确定稳态温度场,导出相空间中轴对称弯曲变形的解析解,采用数值反演得到蠕变变形.算例表明,蠕变初期,热环境的影响明显,随着时间增加,热应力松弛,影响逐渐消失.当圆柱薄壳受轴压时,相比于两端固支,两端简支的端部变形更加明显.通过圆柱薄壳的轴对称弯曲求解,给出体积含量呈任意分布的黏弹性功能梯度结构在热机载荷下的蠕变分析途径.

金属/陶瓷功能梯度材料(FGM)板的安定区域分析

安定性对受到热机械载荷作用下的金属/陶瓷功能梯度材料板的设计与分析非常重要。对受到常机械载荷和循环温度作用下的由弹塑性金属材料和陶瓷相材料构成的功能梯度材料(FGM)板进行安定性分析,其中板的材料热物参数空间变化采用指数函数模型描述。首先给出温度变化在FGM板厚度方向的分布函数,根据平面应力状态,分别给出机械应力和热应力纯弹性解,然后基于静力安定定理推导出了安定分析理论模型,并对具体的FGM板进行了安定性分析。结果表明相同组分材料且各组分材料总体积含量相同条件下的复合材料,组分材料沿板厚度方向连续梯度变化可提高板的安定性。

并行有限元计算中的接触算法

针对动态接触问题的有限元并行计算,提出了一种新的接触算法．新算法引入局部拉氏乘子技术来计算接触力．由于同时考虑了无穿透的接触约束条件和相邻接触对的相互影响,较之广泛使用的罚参数法,新算法使接触约束条件和系统平衡方程得到更充分的满足．虽然为提高接触计算精度而在局部采用了迭代技术,但算法仍然具有较高的效率,且与显式时间积分方案完全相容．此外,通过构造专门的区域分解方案,实现了将现有为串行程序开发的搜索算法平滑移植到并行环境的目标．数值算例表明,所提出的接触算法具有很好的并行性,在保证了接触问题并行计算精度的同时,取得了满意的并行效率．

三峡升船机闸门气压伸缩水封水密特性仿真设计

为了合理设计三峡升船机闸门水封并降低封水试验成本,基于固体力学基本原理和非线性计算理论,对三峡升船机闸门气压伸缩型水封进行了计算机仿真设计,验证了气压伸缩型水封的背腔密闭性,封头膨胀外伸性能,计算出封头与止水面板不同初始间隙、不同工作库压时所需的封水背压,为水封装置的制造和运行操作提供了数据。设计中的关键技术——气压伸缩型水封水密性仿真计算方法能有效代替传统的水密性试验,大幅减少设计成本。

Kenics静态混合器强化液固相的光催化过程

为了提高液固相光催化反应的效率,以Kenies静态混合器强化光催化反应,考察催化剂浓度、循环速率、苯酚初始质量浓度和通气条件对苯酚降解的影响,并以对苯二甲酸为探针实验探究静态混合器的强化机制。结果表明:Kenies静态混合器能够有效地强化液固相光催化反应,反应速率提高幅度为10%～150%,强化机制可能是促进了体系中HO·的产生,使反应变为以均相反应为主,从而消除了传质限制的影响。

直角结合异材界面端应力强度系数的经验公式

由不同材料结合而成的材料(简称异材或双材料)的力学性能及其可靠性评价是工程中亟待解决的问题。表征界面端奇异应力场大小的应力强度系数是结合异材强度评价的依据,本文针对工程中最常见的直角结合异材,通过对大量不同材料组合的异材的边界元数值分析,提出了界面端应力强度系数的近似计算公式,无量纲化后的应力强度系数的值只与异材Dundurs参数α,β有关,该公式具有较高的精度,可以作为一般工程上的应力强度系数的计算以及异材结构设计的依据。

薄膜涂层材料界面纯剪破坏标准试验法的开发

界面强度是薄膜涂层材料的最重要的性能指标之一,目前尚缺乏有效的测量方法。测量界面强度的主要困难在于寻求一种便于试验的试件形状和加载方式,使得界面上能够产生不同的应力状态,即在不同的剥离应力和剪应力比的状态下发生破坏。本文采用有限元数值分析(ABAQUS),研究了几种具有简单几何形状的试件的界面应力,并基于大量的数值试验,设计了剪应力为破坏支配因素的试件形状和加载方式,并且给出了便于应用的最大界面剪应力的经验估算公式。该经验公式可以适用于各种材料组合和薄膜涂层的厚度。研究结果表明,通过对薄膜涂层材料试件的基体引入缺口以产生应力集中,进行普通的四点弯曲试验,可以进行剪应力占支配地位的界面破坏试验。利用本文提出的试件形状和相应的最大界面剪应力经验公式,可以通过破坏试验简单地得到界面的剪切强度。

电半渗透边界条件下一维六方压电准晶纳米弯折裂纹反平面问题研究

利用复变函数方法及G-M(Gurtin-Murdoch)表/界面理论,研究了电半渗透条件下一维六方压电准晶纳米弯折裂纹反平面问题.引入弯折裂纹的保角映射,得到电半渗透条件下场强度因子以及能量释放率的解析解.数值分析了纳米弯折裂纹的介电常数、弯折角度、外载荷对无量纲场强度因子以及能量释放率的影响.结果表明:介电常数对相位子场无量纲应力强度因子以及电位移无量纲强度因子影响较为显著;场强度因子均随着裂纹与坐标轴夹角的增大而减小;随着外载荷的增加,场强度因子以及能量释放率有显著的变化且变化趋势具有差异性.本文可以为准晶及其复合材料的断裂行为的进一步研究奠定基础,也可以为纳米准晶材料的制备及应用提供一定的理论依据.

弹性半空间含脱空区的衬砌隧道对平面P、SV波的散射

弹性半空间含脱空区衬砌隧道对平面P、SV波的散射规律尚不明确.采用一种高精度的间接边界积分方程法,将脱空区看作表面不相接触的界面裂纹,在衬砌内外表面附近引入虚拟波源面,衬砌内外的散射场由此面上的膨胀波源和剪切波源构造所得,进而据边界条件建立方程并求得虚拟波源密度,总波场由自由场和散射场叠加而得.数值分析结果表明:脱空区衬砌隧道附近波的散射同无脱空区情况相比差异显著,动力反应特征主要依赖于脱空范围、脱空位置、波入射角、无量纲频率等参数.总体上看,脱空对衬砌环向应力局部放大可达3倍以上,特别是对脱空区附近衬砌外壁放大更为显著.地表位移和衬砌应力均存在着“低频共振”现象,谱曲线峰值一般出现在低频段.实际隧道结构动力分析宜根据实际工况考虑脱空区的影响.