点状热干扰源诱导的准各向同性高温超导股线失超特性

第二代高温超导带材因其较高的临界电流密度以及良好的机械特性,近年来在超导研究领域得到极大关注。由REBCO带材组成的高温超导导体在液氮温度下的零电阻特性使其在超导输电领域具有巨大的潜力。从安全角度看,高温超导导体的失超保护研究是其获得广泛应用的一个关键。该文建立了准各向同性超导股线的三维失超仿真模型,耦合了电场、磁场和温度场,模拟了不同运行电流以及不同点状热干扰能量下超导股线的失超行为,求解出股线的温度、电流密度以及磁场分布,得到了准各向同性高温超导股线的最小失超能(MQE)以及失超传播速度(QPV),对超导装置的失超保护具有重要意义。该文对准各向同性超导股线建立的三维失超模型,也可以应用到其他结构的高温超导导体的失超研究中。

准各向同性裂隙岩体中有效动弹性参数与弹性波速关系的研究

从弹性波在介质中传播的特点和弹性波法在岩体工程中的实际应用情况方面,分析了弹性波在含裂隙岩体介质中的传播特征。将岩体中裂隙呈随机分布的裂隙岩体似为准各向同性裂隙岩体,根据能量平衡原理、岩石断裂力学理论和卡氏最小功能定理(Castiglano’stheorem),确定了准各向同性裂隙岩体的有效动弹性参数(E、ν、G)与裂隙密度参数(Xv)的数学关系。在此基础上,根据各向同性介质中传播的弹性波理论,建立了准各向同性裂隙岩体中弹性波速(Vp、Vs)和Vp/Vs与裂隙密度参数(Xv)之间的关系。理论研究表明,在此裂隙岩体中,有效动弹性参数和弹性波速与裂纹密度参数之间相互的关系均近似成倒数函数的非线性关系;裂隙密度参数增加,有效动弹性模量(E)也减少,弹性波速(Vp,Vs)也减小;在裂隙密度参数较小时,此裂隙岩体的有效弹性模量和弹性波速随裂隙密度参数的变化较大,说明裂隙体的有效弹性参数和弹性波速对裂隙体非常敏感。

主动成形准各向同性CFRP复合材料反射镜的铺层设计

要实现高精度的碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料反射镜的主动成形,使用面内刚度和弯曲刚度均为准各向同性的层合板非常重要。先建立对称层合板几何模型,根据经典层合板理论,得到准各向同性的要求下,正则化面内刚度系数、弯曲刚度系数以及正则化几何因子应满足的条件,确定单层组数最大的铺层方式,并提出以正则化刚度系数和几何因子表示的两种铺层顺序优化方法。然后,针对M40/环氧648材料,通过编程得到不同定向单层数量下的最佳铺层顺序。最后,用两种优化方法下的优化结果分别建立口径500 mm的壳体模型,经有限元静力学分析,得到模型上相同半径上各节点在光轴方向的变形量,并进行数据处理。结果表明:总层数为24层时,铺层顺序为[45/-15/-75/90/15/-45/-30/60/-60/0/30/75]s的层合板弯曲刚度的均匀性最佳。采用正则化刚度系数优化方法 Di*j=Ai*j,可得到准各向同性层合板铺层顺序的最优化方案;当总层数一定且单层组数最大时,增加定向单层数,将增加层合板弯曲刚度的均匀性。采用正则化刚度系数法对铺层顺序进行优化为准各向同性CFRP复合材料反射镜的铺层设计提供了一种方法。

铺层结构对CFRP准各向同性板损伤破坏的影响

研究铺层结构对CFRP(Carbonfiberreinforcedplastics)准各向同性板损伤破坏和最终失效强度的影响 ,对几种不同的CFRP层合板进行拉伸试验 ,观察其损伤形态 ,并测定最终抗拉强度。利用有限元程序对完整结构以及带裂纹结构进行数值分析 ,讨论铺层结构、应力的数值分析结果以及损伤破坏之间的对应关系。

弱各向异性介质弹性波的准各向同性近似正演模拟

准各向同性(QI)近似可用于弱各向异性介质的正演模拟.本文通过运用QI方法的零阶和一阶近似,计算了VTI介质模型的地震记录.得出的地震记录与标准各向同性射线理论(IRT)和基于伪谱法的三维地震正演模拟得出的地震记录作了比较,可以认为是精确的合成地震记录.

准各向同性复合材料弹性和强度的各向异性效应（Ⅱ）──应用与细观力学分析

文献中尚未见到针对准各向同性复合材料的各向异性效应对复合材料结构影响的分析．本文在第（Ⅰ）部分［１］所提出的强度准则模型的基础上，给出了复合材料各向异性特性在含椭圆孔和单个裂纹问题中的具体应用．在椭圆孔问题中分析了远场载荷随材料几何参数变化的规律；在含裂纹问题中分析了裂纹扩展方向随裂纹方向的变化规律．最后，用细观力学方法分析了一类三轴编织复合材料的弹性本构方程和强度准则，以及各向异性效应，得到了与实验和第（Ⅰ）部分理论模型相一致的结果．

(±45°/90°/0°)_s准各向同性层合板的拉伸强度

根据经典层合板理论,层合板(±45°/90°/0°)s是准各向同性层合板,其拉伸刚度在板面内各个方向上都相同,而拉伸强度是随偏轴角θ改变而变化,即强度方面不具有各向同性的特点。本文首先研究(±45°/90°/0°)s这种准各向同性层合板拉伸强度在偏轴角θ从0°至45°之间的变化情况,然后通过分别改变单层板强度参数和弹性常数来研究该层合板的拉伸强度的变化情况,并分析其破坏形式。最后与NCF材料的试验结果进行了比较。

馈线不平衡效应对平面准各向同性磁偶极子天线辐射性能影响研究

提出同轴线表面不平衡电流的分析方法。根据同轴线和平面磁偶极子天线的连接关系及其固有边界条件,同轴线外表面不平衡电流产生的寄生辐射分量,可用两个高阶谐振电偶极子模式的辐射来近似展开。结合数值分析以及两种平面磁偶极子天线样品的实测比较,发现扣除同轴电缆的寄生辐射效应后,实测和仿真的平面磁偶极天线方向图吻合度可提高20%左右。该方法可用于平面磁偶极子天线实测方向图的数值校准。

准各向同性复合材料弹性和强度的各向异性效应（Ⅰ）──模型

实验观测表明，准各向同性材料，如Ｎ轴纤维增强复合材料层合板和编织材料，其面内刚度和强度具有不同程度的方向性，且强度的各向异性程度往往明显高于弹性性质的各向异性程度．本文根据张量函数表示理论所提出的本构方程和强度准则的一般模型，结合有关实验数据，分析了材料弹性性能和强度的非各向同性效应。具体给出了几类本构模型和强度准则的特殊形式并讨论了本文所得到结果的若干力学性质．本文第Ⅱ部分具体讨论了含单个椭圆孔或裂纹的无限大板的有关强度的各向异性效应，并用细观力学方法检验了本文的模型．

一种紧凑的准各向同性天线

文中提出了一种具有准各向同性辐射能力的紧凑平面天线。为了实现良好的准各向同性辐射性能,首先基于理想且相互垂直的电偶极子和磁偶极子辐射源模型进行了理论分析。电小环加载的电偶极子工作于三次模时,长直金属条和电小环分别等效为电偶极子和磁偶极子,存在天然的90°相位差。由于电小环辐射能力弱,所以初始的全空间增益差远大于10 dB。因此,文中通过将长金属条弯折成有切口的长方形,降低电偶极子的辐射能力并提高等效磁偶极子的辐射能力,实现了准各向同性辐射方向图。为了验证设计的有效性,加工并测试了所提出的紧凑天线,其尺寸为0.28λ0×0.26λ0×0.01λ0,λ0是中心频率对应的自由空间中的波长。测试结果表明,该紧凑天线具有3.6%的-10 dB阻抗带宽和全空间内增益变化小于4.5 dB的辐射特性。

一种降低ADI-FDTD算法数值色散的准各向同性空间差分法

使用准各向同性的空间差分格式替代常规ADI-FDTD算法中的差分形式来改善原算法中的数值色散问题。修正后的算法依然保持了无条件稳定的优势;同时,通过合理选择加权系数,仿真过程中的数值色散误差可以显著降低。推导出了修正算法的数值色散关系,并从入射角、时间步长和网格尺寸等3个方面分析了修正算法数值色散问题的改进程度。最后,通过一个算例对比演示了改进算法的精度和计算效率。

柔性类圆芯准各向同性高温超导导体屏蔽电流场特性研究

由稀土(rare earth,Re)、钡(Ba)、铜(Cu)、氧(O)元素组成的第二代高温超导带材,统称为REBCO带材,因其高临界电流密度、良好的机械强度和电磁性能,在高场磁体中有着广泛的应用前景。然而,当REBCO带材处于变化的外磁场中时,磁场的垂直分量会穿透带材的宽度部分,产生分布不均匀且随时间变化的屏蔽电流场,这会对高精度的高场磁体产生较大影响。该文提出一种柔性类圆芯准各向同性高温超导导体的结构,利用有限元分析的方法计算其在77K不同外磁场方向、不同磁场幅值及不同励磁速率下的屏蔽电流场特性。然后,在与仿真条件相同的情况下对导体样品进行实验,实验结果与仿真结果相吻合。该文的研究结果可为柔性类圆芯准各向同性高温超导导体在今后的高场磁体设计中提供参考。

电小准各向同性扇形磁偶极子天线

本文提出了一种电小准各向同性扇形磁偶极子的设计方法 .利用微带贴片天线模式综合设计方法,研究由不对称边界条件原型磁偶极子演化成的扇形磁偶极子,发现不对称边界条件情况下可以同时实现电小天线设计和准各向同性辐射特性.通过推导解析设计闭式而确定天线关键参数,设计了圆心角为300°的扇形磁偶极子,分别采用“同轴线+扼流套筒”和“开槽同轴线”两种馈电方式进行激励和测量.结果表明:采用开槽同轴线激励的天线可以获得最均匀的总电场方向图,其最大不圆度低于6.7 dB,辐射效率为91.2%,最终实现的准各向同性扇形磁偶极子的电尺寸为R=0.156λ_(g)×0.056λ_(g)(k_(g)a=0.92),满足电小尺寸条件.

准各向同性纤维增强复合材料层合板的开孔拉伸破坏模拟

建立了一种新的有限元三维模型,对准各向同性纤维增强复合材料层合板[45/0/-45/90]s和[45/-45/90/0]s进行了开孔拉伸的破坏模拟。每一层均采用三维实体单元(ABAQUS中的C3D8R单元),由于基体比纤维强度低,在很低的拉伸载荷下,圆孔周围基体受到剪切力会出现沿纤维方向的纵向劈裂或基体开裂,从而钝化圆孔,大大减小应力集中,提高材料承载能力。为了准确模拟层合板的破坏,在每层圆孔周围(90°层除外)沿纤维方向引入2组基于表面的内聚力接触来模拟层内纵向劈裂,同时用这种接触来模拟层间的分层特性。为了提高计算效率并且保证计算精度,在圆孔周围采用精细的网格,其余地方采用相对稀疏的网格。在内聚区保证足够的单元个数,这样既能准确刻画内聚区应力分布,又能缓解网格依赖性。与文献中实验结果的对照显示,取得了较好的一致性。

准各向同性导体指数损耗分析

高温超导材料具有弱连接和低钉扎力的特性,当超导中通入交流时,导体内磁通线的运动需克服钉扎力,导致焦耳热损耗,即指数损耗,特别是通入的电流接近于临界电流时,该损耗不可忽略。运用数值仿真的方法分析了由第二代高温超导带材构成的准各向同性高温超导股线的指数损耗的特点。研究表明:指数损耗在股线中的分布与磁场的分布密切相关,即处于股线外侧的超导带材的指数损耗要远大于内侧的超导带材;股线总的指数损耗随着通入的电流的增大呈指数倍的增加。

2.5维有限元分析高铁荷载下准饱和横观各向同性地基振动特性

为分析高铁荷载下准饱和横观各向同性地基振动特性,推导了准饱和横观各向同性地基2.5维有限元控制方程,建立了列车-轨道-准饱和横观各向同性地基2.5维有限元模型,对比研究了不同车速下饱和与准饱和横观各向同性地基的振动特性,分析了准饱和横观各向同性地基土体参数对振动特性的影响。研究结果表明,准饱和横观各向同性地基表面产生的向上和向下位移均大于饱和地基。不同车速下准饱和地基振动位移均大于饱和地基,但超静孔压远小于饱和地基;车速越高,饱和与准饱和地基表面振动位移越大而衰减越慢,超静孔压越大且衰减越快,轨道中心处准饱和与饱和地基位移相差越大。准饱和地基竖向振动位移和超静孔压随水平弹性模量和垂直弹性模量的增加而减小,随水平泊松比增加而增大,随垂直泊松比增加而减小,随垂直剪切模量增加而减小。垂直弹性模量较水平弹性模量对地面竖向振动位移影响更大。与水平泊松比相比,垂直泊松比对准饱和横观各向同性地基竖向振动位移峰值和超静孔压影响更大。

蒙皮铺层形式对泡沫夹芯结构准静态压痕试验的影响

研究了准各向同性铺层泡沫夹芯结构蒙皮铺层形式对结构准静态压痕(QSI)试验的影响。通过对比结构吸能效率、失效机理以及底部面板失效挠度,发现方格布蒙皮试样失效主要以纤维断裂为主,含有单向布的试样失效主要以分层破坏为主,方格布与单向布混合铺层试样失效包含分层以及纤维断裂,具有较大的吸能效率。此外,底部蒙皮失效挠度与结构蒙皮以及夹芯结构性能相关,与吸能效率没有直接关系。

复合材料纵横剪切模量的有限元计算与试验对比研究

层合板(±45°/90°/0°)是准各向同性层合板,其刚度在板面内各个方向上都相同。使用计算软件,编写程序代码,运用有限元的方法,划分有限元网格,计算了层合板(±45°/90°/0°)的纵横剪切模量[1]。将计算结果与复合材料纵横剪切模量试验结果进行对比,得到数值模拟和试验结果之间的误差为0.89%,一致性很好,说明该计算方法可用于工程计算模拟。

纺织基防弹防穿刺材料的研究回顾

以纺织纤维和纺织结构为基础的柔性防弹防穿刺材料由于其轻质高强和可服用性而备受重视,为此,从纱线间的摩擦性能、防护组合体的准各向同性设计、杂化设计、三维纺织结构以及剪切增稠流体的使用等角度探讨了防弹材料的防弹效果。认为芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的高强度、高模量以及由此产生的高能量吸收使得他们成为防护器材的主要原料。以经纬交织为特色的机织结构仍然是防护材料的基本结构单元,但研究内容已转向纤维强度的利用效率和经纬纱线之间的应力传播效能对防护性能的影响。准各向同性和杂交化的防护片设计被证明是提高防护性能行之有效的方法。不同类别的三维纺织结构及其复合材料的抗冲击、抗穿刺性能由于其结构一体性受到了研究者们的关注。非牛顿流体的使用有助于防穿刺性能的提高。

高低速冲击下纺织品的抗冲击防护（英文）

无论是在高冲击速度,还是在低冲击速度下,纺织品及其复合结构在抗冲击防护方面均具有重要的作用。纺织品防弹层的抗冲击防护通常具有三维特征,能允许应力沿着纤维织物平面和厚度方向扩展。介绍了纺织品防弹层的能量吸收机理,以及在改善纤维织物高、低速冲击抗冲击性能方面取得的进展。研究进展包括纱线间摩擦、准各向同性、杂化设计等。同时通过对剪切增稠剂(STF)的表征可知,STF在降低防护用纺织品重量的同时可强化防护效果,所以由STF浸渍纤维织物得到的复合材料具有防刺穿功能。