热超弹性材料中的空穴生成问题

研究热超弹性材料中的空穴生成问题 ,讨论了温度对空穴生成的影响 .球体的材料为考虑温度影响的不可压Gent Thomas材料 ,或者说是一种与不可压Gent Thomas材料对应的热超弹性材料 ,得到了在表面死载荷作用下球体中空穴生成时的分叉曲线及临界载荷 ,给出了球体中的应力分布 ,讨论了温度对临界载荷、分叉曲线和应力分布的影响 .

非封闭式热斗篷热防护特性

高超声速飞行器在飞行过程中产生大量气动热,高效的热防护技术对保证其正常工作具有重要意义.本文基于热超材料调控热流传播路径思想,针对高超声速飞行器头锥,采用坐标变换法设计非封闭式点变换热斗篷及简化近似的多层结构.COMSOL数值模拟研究表明,两种结构均有效实现导热和辐射热流的热绕流,使部分热量沿头锥表面传播,头锥前端温度显著降低,机体升温速率减缓.但其热防护性能的提升要求材料固相和辐射热导率低于原隔热材料.进一步设计了非封闭式域变换热斗篷,材料固相和辐射热导率均可高于原隔热材料.模拟结果表明,热绕流显著提升了域变换热斗篷的热防护能力,相比于纯隔热材料,头锥前端温度降低达100 K,机体降温达10 K,展现出重要的热防护应用潜力.

热超弹性材料中空穴增长的分岔问题

研究了受外加均布拉伸死载荷作用的不可压热超弹性材料中空穴突然快速增长的分岔问题。不同于外载荷较小的情况,不可压热超弹性材料球体中的预存微空在外载荷足够大时可以发生突然的快速增长,可视为一类分岔问题。给出了不同温度场下,不同初始半径的微空的增长曲线。预存微空的增长曲线相应于初始半径的极限是实心球体中空穴突然生成的分岔曲线。讨论了均匀和非均匀,升高或降低的温度场对空穴增长问题的影响;给出了预存微空能够发生突然的快速增长的临界载荷,得到了临界载荷与实心球体中空穴突然生成时的临界载荷之间的关系及临界载荷与温度变化之间的关系。

热超弹性圆筒的不稳定性

应用有限变形弹性理论分析了受内压和轴向拉伸作用的不可压热超弹性圆筒发生非均匀变形的不稳定性问题．受内压和轴向拉力作用的薄壁圆筒,当内压较小时,圆筒发生稳定的均匀膨胀变形;当内压大于某一临界值时,圆筒产生复杂的非均匀变形,其一部分膨胀变形很大,形如‘灯泡”状,而另一部分仅仅是轻微膨胀,且此时的变形是不稳定的．但对厚壁圆筒而言,不论压力如何,总是发生稳定的均匀膨胀变形．根据圆筒的变形曲线,给出了圆筒可以发生不稳定变形的临界厚度．同时,讨论了轴向拉伸和温度场对圆筒变形的影响．

受内压热超弹性球壳的不稳定性

应用有限变形弹性理论分析了受内压作用的不可压热超弹性球壳发生非对称变形的不稳定性问题.当内压较小时,薄壁球壳发生对称的均匀膨胀变形;当内压大于某一临界值时,产生复杂的非对称变形,其一部分膨胀变形很大,而另一部分仅仅是轻微膨胀,且其形状逐渐远离球形,且此时的变形是不稳定的.厚壁球壳总是发生稳定的均匀膨胀变形.根据球壳的变形曲线,给出了球壳发生不稳定变形的临界厚度.同时,讨论了温度场对球壳变形的影响.

热超弹性薄板非对称拉伸的分岔和稳定性

本文应用超弹性材料的有限变形理论分析了在面内等双向拉伸死载荷作用下不可压热超弹性方形薄板发生非对称变形的分岔及其稳定性问题。给出了方板变形的分岔曲线和临界载荷,发现对受面内等双向拉伸载荷作用的均匀方板,当拉伸载荷值较小时,方板双向等伸长变形,发生对称的拉伸变形;但当此载荷值大于某一临界值时,从方板的对称拉伸变形中分岔出非对称的变形,方板在两个方向的变形不再相等。通过变形发生分岔前后的能量比较发现,分岔后的对称变形是不稳定的,而非对称变形是稳定的。同时,给出了板中的应力分布曲线,并由不同温度下变形的分岔曲线和应力分布曲线讨论了温度对方板变形和板中的应力分布的影响。

基于夹杂思想的圆柱形热幻像器件的研究

针对通过变换热力学理论设计的热超材料难以制备的问题,将细观力学的中性夹杂思想引入对热流传递路径的控制中,设计出圆柱形热幻像器件,并讨论了幻觉材料的导热系数与半径之间的关系。数值仿真和实验结果表明:通过在原始目标A外涂覆一层设计的幻觉材料,就可以使得探测器从外部探测出幻像目标B的热特征,从而达到很好的干扰作用。该研究为利用热超材料实现目标隐身提供了一种新的可行方法,同时也大大降低了材料的制备难度。

两个组合热超弹性球体中空穴的动态生成

该文研究了由两个不可压热超弹性球体组合而成的物体在突加表面均布拉伸载荷作用下空穴的动态生成问题.除了一个平凡解外,当外加载荷超过某个临界值时,物体内部存在一个空穴生成,并且得到了外加载荷和空穴半径之间的一个精确微分关系.数值计算表明,空穴发生非线性周期振动,并给出了几种情况下空穴生成的临界载荷值以及空穴振动的相图,讨论了温度参数等对空穴生成的影响.

湿热作用下热超弹性材料在电子封装中的分层失效问题

研究了具有Gent-Thomas特征的热超弹性材料构成的高聚物电子封装件在回流焊过程中由于吸湿所引发的蒸汽压力以及由于材料的热失配引发的热应力共同作用下而导致的"爆米花"式的分层失效问题.利用超弹性材料空穴生成和增长的理论给出了此类封装材料在回流焊过程中孔穴的生成及增长与蒸汽压力和热应力之间的解析关系.分析结果表明,当高聚物电子封装件吸湿较少、回流焊过程中孔穴中的潮完全汽化时,单纯的蒸汽压力不足以导致"爆米花"式的分层失效.当高聚物电子封装件吸湿较多、回流焊过程中孔穴内压保持饱和蒸汽压时,单纯的蒸汽压力将使孔穴产生不稳定的增长行为,从而导致封装件发生"爆米花"式的分层失效.

磁性颗粒在磁场作用下的运动特性研究

热超材料自提出以来就备受关注,但受限于材料热导率的局部调控,人工制备存在困难。磁场偏转颗粒结合3D打印是一种新型的三维热超材料制备手段,但需要进一步完善磁场偏转颗粒理论。本文在磁性颗粒运动模型的基础上引入二面角,使其能预测颗粒的偏转时间。随后采用显微镜观测的方法验证改进模型的准确性,测试结果与理论结果吻合较好。研究发现:颗粒偏转时间随着磁场强度变大,胶体黏度变小而变短,但与磁场频率是非线性关系。