高导热材料非均匀分布对[火积]耗散率最小化矩形单元体构形的影响

应用构形理论和[火积]理论,研究矩形单元构造体内变截面高导热材料的非均匀分布问题,导出构造体内高导热材料非均匀分布时的[火积]耗散率,得到[火积]耗散率最小时高导热材料的最优分布,并采用释放上一级构造体最优约束方法对构造体散热性能开展进一步优化。结果显示:对于一级构造体,各单元体内的高导热材料均匀分布(每个单元体内的高导热材料用量相等)时,其[火积]耗散率最小;随着构造体级数的增加,高导热材料仍为均匀分布时,结果与一级构造体的相同,与最大温差最小时高导热材料非均匀分布的结果不同。通过释放上一级构造体最优约束可以进一步降低构造体[火积]耗散率,如三级矩形单元构造体释放该约束后其[火积]耗散率降低41.93%。理论结果对工程实际散热设计具有一定的理论指导意义。

强荷载作用下随机分布非均匀颗粒材料的仿真

混凝土内的骨料排布、重力式沉箱码头内抛石的分布、杀爆弹的破片分布等都是不均匀的、随机的,在数值模拟过程中通常将其简化为均匀分布,这种简化会对模拟结果的准确性产生影响,但尚未定性分析。为此提出非均匀颗粒材料生成算法,并将其应用到混凝土骨料、沉箱码头抛石、杀爆弹碎片的生成中,以通过数值模拟研究其在高应变率下的失效破环。选取沉箱码头为研究对象,将填石沉箱码头的数值模拟结果与简化的填砂沉箱码头数值模拟结果进行对比,分析二者的荷载情况和损伤状况。研究结果表明,冲击波在填石码头的传播速度快于填砂码头的传播速度,并且填石沉箱码头破坏比填砂沉箱码头严重。

正态分布非均匀各向同性弹性材料的有效力学性质分析

结合有限单元法和数理统计技术,采用随机格形模型研究正态分布非均匀各向同性弹性材料微结构非均匀性对有效力学性质的影响。首先,建立随机格形模型,结合舍选法得到若干组材料参数序列,作为随机格形模型的输入数据,以模拟材料正态分布的微结构力学性质,对模型试样施加单向位移拉伸载荷,开展数值模拟实验,获得非均匀材料有效力学性质子样,最后运用数理统计技术处理数据,得到材料有效力学性质的统计特征。结果表明,组分弹性模量呈正态分布的非均匀材料,其有效力学性质参数也呈正态分布,而且有效泊松比还表现出很弱的方向性;有效弹性模量期望值则小于组分弹性模量的期望值。

非均匀磁化条件下铁磁材料内部的磁场分布

铁磁材料内部磁场分布的计算是漏磁通无损检测的基本问题之一。本文首先分析了磁场分布研究的现状和存在问题,利用偿试函数的方法建立了非均匀磁化条件下磁导率μ-H 关系的数学模型,给出了漏磁通无损检测中常用的 U- 型永磁体磁化的材料内部的磁场分布的近似数学表达式,最后作了讨论并指出待解决的问题。

非均匀吸放湿过程对建材导热系数的影响

在针对含湿建材导热系数的研究中,预测模型一般假设材料含湿均匀,试验测量多采用均匀增湿方案,但实际使用过程中,受室内外湿度及气象条件影响,造成吸放湿过程中湿组分非均匀分布,相同含湿量下吸放湿过程中的材料导热系数存在差异。通过对孔隙特征不同的加气混凝土(AAC)、发泡水泥(FC)、红砖(RB)材料进行增减湿试验,控制试件在试验环境中的放置时间获得质量含湿量不均匀的试件,选择瞬态导热系数测量方案,通过分析含湿多孔建材增/减湿全过程导热系数变化趋势,研究非均匀湿分布材料导热系数变化特性。结果表明:AAC、FC、RB加湿过程导热系数相较干燥状态下分别增长了279%、266%、106%。增减湿过程中,含湿量相同的AAC导热系数差值范围约为-20.2%~63.4%,FC差值范围约为14.5%~53.3%,RB差值范围约为-18.0%~37.4%。

基于光热频谱检测技术的非均匀材料导热系数二维重构算法

在材料热学参数深度剖面重构理论的基础上,建立了一种基于光热检测技术的材料参数分布重构算法,用于处理有关二维非均匀材料热学和光学参数的反问题,实现对存在损伤性裂纹或含有杂质的薄板状样品的无损检测与评价.同时,该算法也是处理三维不均匀固体材料物理参数重构的理论基础.通过模拟光热信号对算法进行数值模拟,结果表明:通过3次迭代,重构函数的形态与原始函数的形态吻合良好,这说明基于光热检测技术的反演方法在理论层面上可靠、有效,可用于处理二维板状非均匀固体样品的热学参数重构.

基于虚拟材料复模量非均匀分布的螺栓连接薄板结构半解析建模

基于非均匀分布的虚拟材料模拟螺栓连接薄板搭接部分的力学特性,其中虚拟材料的材料参数用复模量表示,可直接生成复刚度矩阵以表示搭接部分的刚度及阻尼特性,省却了常规建模中生成结合部阻尼矩阵的步骤,在保证模型精确性的基础上简化了建模流程,以此建立了螺栓连接薄板结构的半解析模型并对其进行了动力学分析.首先描述了建模理念,将虚拟材料分别假定了三种复模量非均匀分布形式模拟螺栓搭接部分的力学特性,提出用反推辨识技术确定虚拟材料储能模量与耗能模量的方法.接着,基于能量法并用正交多项式假定模态,推导了螺栓连接薄板的半解析分析模型,并创新性地给出了求解半解析模型任意锤击点与拾振点处频响函数的公式.最后,以一个具体的螺栓连接薄板结构为对象进行了实例研究,结果表明:用所创建的半解析模型计算出的各阶仿真固有频率与实验测得的各阶固有频率的误差均在5%以内,计算得到的各阶仿真模态振型以及频响函数曲线与实测值均较为接近,从而证明了利用复模量非均匀分布的虚拟材料模拟螺栓搭接部分可有效简化螺栓结合部建模,亦可达到较高的仿真计算精度.

磁晶各向异性材料磁巴克豪森噪声的非均匀分布特性研究

磁巴克豪森噪声效应可反应铁磁性材料交变励磁时磁畴的动态转动与形变的统计意义特征,从而作为铁磁性材料应力状态、材质劣化及早期微损伤检测和评估的无损检测技术。目前针对磁晶各向同性材料的磁巴克豪森噪声检测已获得大量规律并建立了工程适用方法,但大部分规律和方法在用于磁晶各向异性材料检测时常会产生错误的检测结果或是产生较大误差。为了探明这种不适用性的原因,搭建了周向磁巴克豪森噪声测量系统,以X60钢为例测试磁各向异性分布情况,从易磁化轴方向、周向磁各向异性图幅值与形状、不同特征参量表征等3方面揭示同块材料表面磁晶各向异性分布情况。研究发现磁晶各向异性材料上不同位置的周向磁巴克豪森噪声分布是不均匀的,使得基于同种或同批材料试块产生的基准标定曲线用于实际试件检测时不再具备有效性,这是造成检测错误和误差的关键原因,而以往的研究多认为同块材料上磁晶各向异性分布是一致的,或忽略了其分布特性的影响。这种现象的发现对磁晶各向异性材料磁巴克豪森噪声检测提出了新的难题和挑战。

非均匀材料细观结构的定向分布函数(Ⅱ)——晶体分布函数和各种材料对称性约束下的不可约张量

目的是建立三维晶体定向分布函数 (CODF)的张量傅立叶展开的显式表示· 与三维ODF的傅立叶展开的第m项系数仅对应单个m阶对称无迹张量不同 ,三维CODF的傅立叶展开的第m项系数一般由 2m+1个m阶对称无迹张量组成· 随后还建立了在各种宏观和微观对称性下三维CODF的张量傅立叶展开的约束形式 ,表明大多数对称性下的约束形式中的m阶不可约张量数目明显少于 2m+1· 这些结果是通过对各种点群对称性约束下二维和三维不可约张量的约束形式的研究得到的·

非均匀材料细观结构的定向分布函数(Ⅰ)——定向分布函数和不可约张量

在最近研究非均匀材料的物理和力学性质的各种基于细观力学的方法中 ,定向分布函数(ODF)和晶体定向分布函数 (CODF)的概念起着重要的作用 ,它们分别定义在单位球面和旋转群上· 本文通过两部分的内容 ,用具有不可约张量系数的傅立叶展开对它们分别作了深入的研究· 群表示理论指出平方可积的定向分布函数可以展开为球谐函数的绝对收敛的傅立叶级数 ,而其中的球谐函数又能进一步用不可约张量表示· 这样一些不可约张量系数的基本重要性在于它们刻划了材料组元和缺陷的体积、形状、相、位置的宏观或全局影响· 第 (Ⅰ )部分对定义在 N维单位球上的定向分布函数的不可约张量Fourier展开的一般性质进行了研究 ,其中重点是构造二维和三维不可约张量的简单表示 ,以便于得到它们在各种点群 (完全正交群的子群 )对称性的约束形式 ;第 (Ⅱ )部分给出了晶体定向分布函数的不可约张量展开的显式表示 ,并且给出了不可约张量以及定向分布函数和晶体定向分布函数不可约张量展开在各种点群下的约束形式·

非均匀材料的应变软化及叠层复合材料破坏过程的数值模拟

用有限元方法模拟了非均匀叠层材料的固体力学行为和破坏过程,各层材料性质的初始非均匀性采用某一给定的统计规则描述.用三维网格对试件进行有限元剖分,每个单元具有各自的均匀各向同性常量以反映总体的非均匀性.加载过程中不同单元破坏次序不同,因而整体等效应力应变关系表现出复杂的非线性性.通过数值计算,在选定的具体条件下,模拟了在逐步加载过程中,叠层材料应力应变场的变化和不同单元依次破坏直至试件整体破坏的过程.算例中叠层材料由14～15层构成,使用的网格数约为几千个.用该方法得到的非线性等效应力应变曲线与文[11,12]中叙述的拉伸作用下应变超过某一值后,材料发生应变软化现象的试验数据符合较好,趋势相当一致,因此可以设想是对应变软化原因的一种解释.

化学机械抛光中材料去除非均匀性及因子分析

化学机械抛光中晶圆表面材料去除的非均匀性是影响抛光质量的主要因素之一。材料去除非均匀性直接影响上层布线的质量。通过对抛光垫与晶圆表面不同接触状态下的摩擦学分析,得到抛光垫与晶圆不同接触状态下摩擦系数。采用归一化摩擦系数方法,简化了抛光垫与晶圆之间的接触行为,并建立了基于接触机理的化学机械抛光有限元模型。分析了不同工艺参数下晶圆表面应力分布以及层间剪切应力分布规律,得到了工艺参数对表面材料去除非均匀性和低k介质层材料剥离的影响规律。采用因子设计方法分析了影响晶圆表面材料去除非均匀性的工艺参数的因素水平,为化学机械抛光工艺优化提供了理论依据。

含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效比热

基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效热弹性性质,重点讨论了界面相性质的径向分布对有效比热的影响.首先,将非均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,每个球壳内的材料性质假设是均匀的.基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效体积模量、有效热膨胀系数及有效比热的数值求解表达式;进一步,假设界面相的性质沿径向连续变化,建立了一组微分方程,上述有效性质依赖于该微分方程组的解.特别地,当界面相杨氏模量为幂次分布时,通过求解该微分方程组得到了有效比热等热弹性性质的解析解.算例结果表明,应用此方法预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好;界面相热膨胀系数的径向分布对有效比热和有效热膨胀系数均有显著的影响,而界面相弹性模量的径向分布对有效比热有显著的影响,对有效热膨胀系数的影响相对较小.

非均匀材料纯弯梁的静力性能研究

在小变形前提下,假设材料弹性模量为梁厚的线性函数,采用简易积分方程,推导出非均匀材料纯弯曲梁的弯曲问题解析解,考察了不同梯度变化弹性模量对应力分布的影响。数值算例结果表明:其横截面应力分布规律与均匀材料梁明显异同。此结果为结构的设计提供了准确的理论依据。

一种求解复合圆筒壁非稳态导热问题的新方法

为了求解复合材料内的温度分布,根据导热基本规律,建立了复合圆筒壁导热问题的数学模型。采用Laplace变换和Stehfest数值反演技术对拉氏变换进行多次迭代反演,求得温度分布的近似解。设计了复合圆筒壁温度测试实验装置。复合圆筒壁的非稳态测温装置的测试结果与利用高温四参数测试仪对注汽井的现场测试结果吻合良好,说明该解法的计算结果精度高,适用于不同的初边值条件或含内热源的导热问题,可应用于具体工程问题的分析计算。

三坐标数控加工的非均匀有理B样条适应性速度进给

针对当前普遍采用的恒定进给速度的非均匀有理B样条(NURBS)插补方法存在的矢高误差和进给率波动过大的问题,提出了两种NURBS插补方法控制矢高误差的方法和恒定材料去除率的方法.第1种方法能够把矢高误差控制在较低的范围内,提高了加工精度;第2种方法把矢高误差限定在了更低的范围内,并且实现了材料去除率的恒定,从而提高了加工质量,延长了刀具的使用寿命.

网状构型TiBw/TA15复合材料700℃高温变形与断裂行为

采用高温原位拉伸实验台对网状构型TiBw/TA15复合材料的高温变形行为进行了观察,分析了裂纹的萌生扩展行为,研究了复合材料在700℃拉伸变形过程中构型设计的强韧化机制。研究结果表明,TiBw/TA15复合材料的高温变形断裂机制以基体中α相的塑性变形以及β相的断裂为主,随后引起TiB晶须的断裂和脱粘。通过高温下TiBw/TA15复合材料裂纹扩展行为的原位观察,建立了描述网状构型TiBw/TA15变形断裂模型。

2~18GHz超宽带GaN分布式功率放大器MMIC

介绍了一款基于0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的2~18 GHz超宽带功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。采用两级非均匀分布式拓扑结构,通过调整各级管芯输出阻抗和微带线阻抗实现超宽带的功率匹配。在管芯前端增加电阻、电容并联结构,提升各级电路稳定性并提高截止频率。为改善整体电路布局,在前级和末级放大器之间加入50Ω微带线,既可便于单侧加电,又使芯片尺寸更加合理。测试结果表明,功率放大器MMIC在2~18 GHz频带内,连续波饱和输出功率达到10 W,功率增益大于15 dB,功率附加效率大于20%。GaN非均匀分布式功率放大器MMIC在超宽带、高功率等方面具有广阔的应用前景。

高功率 CO 激光器的放电均匀性及功率稳定性

高功率ＣＯ激光器的放电均匀性及功率稳定性王成友徐勇（大连理工大学应用物理研究所１１６０２４）高功率ＣＯ激光器在运转过程中，由于电场的非均匀性、气体组分的变化、介质流速、温度空间分布的非均匀性，使激光器的放电状态产生不稳定，输出功率发生变化。本文结合自...