基于Mori-Tanaka方法的功能梯度厚壁圆筒近似热弹性理论解

【目的】功能梯度厚壁圆筒的热弹性问题存在不考虑组分材料微观结构影响,已有文献只给出了基于Mori-Tanaka方法功能梯度厚壁圆筒受力学和热学荷载的数值解,并且只考虑了球形夹杂这一单一夹杂形状的情形。【方法】基于Mori-Tanaka方法对功能梯度厚壁圆筒的热弹性问题进行分析,给出了一种近似热弹性理论解,该理论解不仅与数值解契合度高,而且可以考虑夹杂形状对物理量的影响,最后分析了不同边界条件下夹杂形状对径向位移和各向应力的影响。【结果】结果显示,在两种边界下,夹杂形状对径向位移都有较大的影响;但在温度边界下,夹杂形状对径向应力有较大影响,对轴向应力和周向应力影响较小;在应力边界下,夹杂形状对轴向应力影响较大,对周向应力和径向应力影响较小。

基于Mori-Tanaka有限元法的粘弹复合推进剂非线性界面脱粘

为了研究复合推进剂基体的大应变粘弹性和界面的非线性脱粘,将Mori-Tanaka法和有限元数值求解相结合,提出了一种Mori-Tanaka有限元法。同时,为验证该方法的有效性,针对推进剂夹杂随机填充的特点,提出了一种含非线性界面脱粘的数值仿真法。最后以某推进剂配方为算例,对两种方法的计算结果了进行比较。结果表明,两种方法结果接近,从而验证了Mori-Tanaka有限元法的有效性,且该方法计算量小,极大的提高了计算效率。两种方法的提出,可以有效的用来分析界面对推进剂力学性能的影响。

改进的Mori-Tanaka法在复合推进剂非线性界面脱粘中的应用

针对复合固体推进剂基体的大变形和界面的脱粘问题,对Mori-Tanaka法进行了改进。同时,为验证该方法的有效性,针对推进剂颗粒随机填充的特点,提出了一种含非线性界面脱粘的数值方法。最后以某推进剂配方为算例,对2种方法的计算结果进行了比较。结果表明,2种方法结果接近,从而验证了改进的Mori-Tanaka法的有效性,且改进的Mori-Tanaka法计算量小,极大地提高了计算效率。

基于分形理论和Mori-Tanaka方法的颗粒土渗透注浆加固体性能预测方法及应用

在注浆加固工程中,为了避免空间变异性导致的支护结构受力过大而失稳,提出合理的注浆加固体刚度及强度预测方法十分必要.本文利用分形理论描述颗粒土类型的隧道围岩的孔隙特征,基于迂曲度经验公式建立了地层体孔隙率和面孔隙率的转换关系.以体孔隙率为变量,结合Mori-Tanaka方法,提出新的注浆加固体的宏观刚度预测方法.利用能量法求解连通孔隙不同屈曲半波分布形态下的临界载荷作为加固体的单轴抗压强度,从而建立了新的注浆加固体的强度预测理论模型.以玉京山隧道为工程算例,将本文方法在FLAC3D中进行二次开发,通过对不同的地层单元随机生成孔隙率,并利用本文方法计算并赋予地层单元不同的物理力学性质,实现了围岩空间变异性的模拟,数值模拟和现场监测得到的隧道洞身水平收敛的最大绝对误差仅为8 mm.数值模拟结果表明,对玉京山隧道回填区域进行注浆加固可以降低50%~90%的围岩位移,极大地降低围岩不良区域对应的支护结构弯矩,降低支护结构扭矩至0,并将支护结构变形控制在10 mm以内,但注浆加固难以改变灰岩和回填体之间的载荷分配规律.

考虑周期微结构分布特征的Mori-Tanaka方法

利用两点间应变Green函数张量概念所建立的应变场积分方程,推导了两相复合材料中夹杂的应变集中张量。该张量较之传统Mori-Tanaka(MT)法采用的由稀疏法导出的应变集中张量,增加了一个与夹杂体积分数和分布相关的项,并由此发展了考虑周期微结构分布特征的MT法。传统的MT法虽然能很好地预测正六角形分布圆截面纤维增强复合材料等的有效模量,但不能反映正方形分布时的四方对称性特征,本文作者所发展的方法弥补了这方面的不足,并且所预报的有效刚度和柔度仍然保持了原MT方法所具有的自洽特性。最后通过与双周期有限元计算结果的对照验证了本文方法的精度。

用微分法及Mori-Tanaka法求解复合泡沫塑料的有效模量

基于微分法和Mori Tanaka方法提出了两种预测含空心球复合材料有效模量的方法 ;提出利用多次单相夹杂的方法来预测多相颗粒增强复合材料的有效模量 ;并利用以上的两种方法 ,求解了含空心球复合泡沫塑料的有效模量 .结果表明 ,理论预测结果和实验结果吻合得较好 .

自洽法和Mori Tanaka法预测水泥浆体徐变的比较

为了预测水泥浆体的徐变性能,并对比不同预测模型的精度。使用微米压痕测试确定了水泥浆体的徐变模量,使用纳米压痕点阵测试获得微观物相的接触徐变模量。随后基于一系列微观测试获得物相的体积分数。将水泥浆体划分为2个尺度,分别基于自洽(self-consistent,SC)法和Mori Tanaka法,采用4种组合方式进行徐变均匀化预测。结果表明,在凝胶尺度采用Mori Tanaka法,在浆体尺度采用SC法时,水泥浆体的长期徐变性能的预测精度较高。该研究为进行水泥基材料徐变均匀化时选择合适的计算方法提供了依据。

基于Mori-Tanaka方法的炭纤维水泥砂浆力学性能研究

运用Eshelby等效夹杂原理和Mori-Tanaka方法,从细观力学的角度研究炭纤维水泥砂浆复合材料(CFRM)的力学性能,推导出CFRM力学参数表达式。根据CFRM中炭纤维和水泥砂浆的弹性模量和泊松比,分别计算得到炭纤维体积分数为0.3%、0.6%、0.9%时CFRM的力学性能参数值。同时通过实验测得不同炭纤维配比条件下的CFRM力学性能参数值。理论计算与实测的结果对比表明,Mori-Tanaka方法适用于炭纤维含量较低的CFRM复合材料力学性能研究,当炭纤维含量增大时,炭纤维在水泥砂浆中的分布不均匀导致计算结果与实测结果的误差增大。

基于微CT-RVE模型和Mori-Tanaka模型的短切碳纤维增强尼龙力学性能预测方法研究

本文研究了基于微CT图像的纤维增强复合材料代表性体积元模型(CT-RVE)建构方法和性能预测方法。基于四种尺寸的CT-RVE模型对碳纤维增强尼龙(PA66CF)弹性性能开展了预测,并与Mori-Tanaka模型(M-T)预测结果进行了对比。采用注塑成型工艺制备了10wt%纤维含量的PA66CF拉伸样件,使用扫描电子显微镜(SEM)获取样件拉伸断面信息,使用X射线CT断层扫描获取内部微观结构信息,综合运用ImageJ、Photoshop、Mimics、Cero、HyperMesh、ABAQUS等工具,建立了四种尺寸的CT-RVE模型,并与具有相同几何参数的M-T模型在性能预测结果方面进行对比分析。研究结果表明:RVE模型中纤维的随机分布具有规律性,纤维数量与RVE体积呈线性增长关系,纤维取向以X方向为主;CT-RVE模型对弹性性能的预测结果略低于M-T模型,当RVE尺寸为114.4μm×114.4μm×77μm时,CT-RVE模型与M-T模型对弹性性能预测结果相近。本文的研究可为短纤增强复合材料的性能精确预测提供指导。

对Y.Honkura和N.Tanaka的“专门用VAN方法预报希腊地震发生的概率”一文的答复

Honkura 和 Tanaka(1996)以及 Aceves 等(1996)的计算为阐明这一论点的主要问题,即是否 VAN 预报可以归因于偶然,提供了重要的工具。Honkura 和 Tanaka(1996)的计算表明,对半径为120km 的圆形区域和22天的时间窗,在希腊 M_s≥5.0地震(EQ)发生的概率 P 小于0.25,甚至对于11天的时间窗来说更小。对更大震级阈值,即 M_s≥5.5或 M_s≥5.8(及由古登堡-里克特关系式来看),它们的 P 值更小。简单比较这些 P 值与 Mulargia 和 Gasperini(1992;1996a)的表格会立刻显示出 VAN 预报不能归因于偶然。记住,检查后者的表格会得到:1)VAN 成功率为40%～45%(当仅考虑与 M_s≥5.0地震相关时);2)VAN 警报率随地震震级闶值的提高而增加,对 M_(EQ)≥5.5和5.8,分别达到50%和60%。Honkura 和 Tanaka(1996)计算中出现的另一要点是“余震必须仔细处理。”这一点加强了我们在 Varotsos 等(1996a)的原则4和原则5中对 Mulargia 和 Gasperini(1992)对余震的不适当处理(基于泊松分布)的评论:①大大改变了显著性水平值;②预报与地震间的“正向时间相关”转变为“逆向时间相关”。这后一观点分别也被Honkura 和 Tanaka(1996)检查过,他们得出结论:“……考虑这种逆向时间相关的观点……,我们不能在目标区域里找到 M_s≥5.0的地震发生的高概率事件区。”在此答复中,我们还进行一些必要的阐述即在预报方法中,正如所料想的那样,在震级确定中存在试验误差时计算“成功率”和“警报率”有关的内容。

THE VALIDITY OF THE MODIFIED MORI-TANAKA METHOD FOR COMPOSITES WITH SLIGHTLY WEAKENED INTERFACE

This paper presents a direct Mori-Tanaka approach to calculate the effective moduli of particle-reinforced composites and fiber-reinforced composites with spring-like imperfect interfaces. By a comparison between these results and those obtained from the approximate Mori-Tanaka method developed by Qu for composites with slightly weakened interface, the validity of the Qu's method is revealed.

冻融循环下混杂纤维再生混凝土抗压强度预测方法

为了研究冻融循环对混杂纤维再生混凝土受压性能的影响,进行钢纤维和聚丙烯纤维再生混凝土的冻融试验,并通过单轴压缩试验研究冻融循环次数和纤维掺量对再生混凝土抗压强度的影响规律。试验结果表明:冻融次数的增加会导致再生混凝土抗压强度和弹性模量逐渐降低,加入纤维可以改善其受压性能。基于含夹杂弹性体内部应变场积分方程,推导了多相复合材料夹杂的变形协调张量,得到预测混杂纤维再生混凝土弹性性能的修正Mori-Tanaka方法,建立了耦合冻融损伤和受力损伤的总损伤表达式,进而提出冻融循环作用下混杂纤维再生混凝土抗压强度预测方法。采用所提出的抗压强度预测方法对冻融循环作用下的纤维再生混凝土受压性能进行了预测,并将预测结果与本文试验值进行对比,结果表明预测结果和试验值吻合较好,拟合优度达到98%以上。因此,所提出的抗压强度预测方法可为混杂纤维再生混凝土在冻融循环条件下的工程应用提供一定的理论依据。

基于细观力学的复合固体推进剂模量预估方法

应用分子动力学方法得到了复合固体推进剂颗粒在基体内随机分布的填充模型。针对推进剂所含颗粒大小不同,采用细观力学有限元法和Mori-Tanaka分析法相结合的方法计算了推进剂的模量,计算所得模量与不同颗粒体积分数推进剂的单向拉伸试验结果比较吻合。此外,该方法可以获得推进剂细观结构应力,从而为推进剂的细观损伤分析奠定基础。

短纤维增强橡胶密封复合材料纵向拉伸模量的预测方法

建立了含界面相、纤维和基体的短纤维增强橡胶(SFRR)密封复合材料纵向拉伸模量的预测模型,采用Mori-Tanaka方法得到了SFRR的纵向拉伸模量的预测公式,将其计算结果与试验数据进行对比;同时,探讨了纤维体积分数、界面相的厚度和模量对复合材料纵向拉伸模量的影响.结果表明:纵向拉伸模量预测模型的计算值与试验值较吻合,其最大相对误差为11.2%;SFRR的纵向拉伸模量随着纤维体积分数的增加而增大;界面相模量对SFRR纵向拉伸模量的影响显著,当界面相模量小于基体模量时,SFRR的纵向拉伸模量随着界面相厚度的增加而减小;当界面相模量大于基体模量时,SFRR的纵向模量随着界面相厚度的增加而增大.

基于液体静力称量法的纯水密度测量

分析了液体静力称量法测量密度的原理和体积测量中纯水密度的特性公式,推导了由己知密度的固体标准来测量液体密度的计算公式。利用固体密度基准量传装置,通过静力称量法为固体密度标准硅球赋值,其相对测量不确定度3×10-6(k=2)。在20℃时利用高精度液体密度测量装置,通过静力称量法将固体标准(硅球)密度传递至纯水密度,与Tanaka模型比对,E n值为0.059,比对结果等效。实验结果不仅验证了高精度液体密度测量装置,还验证了20℃纯水密度模型的理论值。

基于Mori-Tanaka法的电化学沉积修复饱和混凝土细观描述

提出了含电化学沉积产物、水和混凝土基体在内的三相复合材料细观力学模型;基于Mori-Tanaka法对提出的细观力学模型进行多层次均匀化处理,获取电化学沉积修复饱和混凝土的有效性能,其中,第一层均匀化采用带修正函数的MoriTanaka法获取等效夹杂的有效性能,第二层均匀化采用Mori-Tanaka法获取修复混凝土的有效性能;将均化的三相复合材料细观模型用于预测电化学修复饱和混凝土有效性能,并与预测试验数据和已有模型进行对比。结果表明:所提模型不仅可有效地预测修复过程饱和混凝土的有效性能,还可预测未修复的饱和混凝土的弹性模量;同时,基于模型的分析发现,随着电化学沉积产物性能的提高,修复后混凝土具备更高的有效性能。

小比例尺地形图上明暗等高线法显示地貌的实验总结

主要探讨在平面上显示地形地貌的三维效果,结合前人经验,研究等高线的立体描述。通过对明暗等高线方法变换其计算等高线的黑白色彩以及粗度的参数来改变图面效果,并结合 ArcGIS 环境进行实验,取得了较好效果。

短纤维与球状颗粒双相夹杂增强陶瓷基复合材料有效力学性能分析的广义Mori-Tanaka法

结合Eshelby夹杂理论和Mori-Tanaka方法推导陶瓷基体中含两种以上不同形状和不同力学性质的夹杂情况下,复合材料的有效力学性能计算的广义Mori-Tanaka解析计算式,分析颗粒与短纤维夹杂对复合材料有效力学性能的影响,并用三维均质化法检验所得解析式的可靠性。结果表明,解析模型与均质化法得到的结果非常吻合,不同形状的夹杂对有效力学性能的影响很大,短纤维增强相能够有效改善复合材料沿短纤维方向的纵向有效力学性能,对提高多相混合增强陶瓷基复合材料的刚度和强度起主要作用;球状颗粒增强相能有效改善复合材料的横向有效力学性能,并保持复合材料强度的稳定性,不同形状的夹杂能够综合改善陶瓷基复合材料的力学性能。

用有限稀释法在昆虫培养细胞中克隆家蚕微粒子(Nosema bombycis)

数株家蚕微粒子(Nosema bombycis)NIS001株的克隆株,是用有限稀释法,在桉大蚕蛾(Antheraea eucalypti)培养细胞系中接种该株孢子的孢原体(sporoplasm)而获得的。稀释感染的桉大蚕蛾培养细胞,并转移到96孔的细胞培养板小孔内,以分离出单个的感染细胞。随机选取一定数目的含单个细胞小孔,这是因为此时还不可能用相差显微镜检查孔内分离的单个细胞是否感染。在这些小孔内加入另一些未被感染的家蚕(Bombyx mori)S.P.C.Bm36或桉大蚕蛾细胞,则孔内可能被单个孢原体寄生的单细胞就会产生家蚕微粒子(Nosema bombycis)NIS001的克隆株来。用此方法分离的数株家蚕微粒子(Nosema bomobycis)NIS001克隆株中,形态差异的孢子可分别观察到。经数次离体培养继代后,孢子的形态特征得以保持下来。胶乳凝集试验结果表明七株克隆的孢子表面抗原具同源性。

碳纳米管增强复合材料Timoshenko梁弯曲和屈曲行为分析

考虑碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)的尺度效应,研究宏观尺度下碳纳米管增强复合材料(carbon nanotubes reinforced composites,CNTRCs)梁的弯曲和屈曲行为。在EMT(Eshelby-Mori-Tanaka)方法的基础上,利用非局部理论提出了可表征CNTs尺度效应的非局部EMT本构模型。根据Timoshenko梁理论,采用哈密顿原理得到CNTRCs梁的静力学微分方程和边界条件。求解简支边界条件下CNTRCs梁的弯曲响应和极限屈曲载荷,并与文献进行对比验证所建模型和求解方法的正确性。分析了CNTs的尺度效应参数和体积分数以及复合材料梁的长细比等因素对简支CNTRCs梁弯曲响应和极限屈曲载荷的影响规律。结果表明,考虑CNTs的尺度效应会削弱结构等效刚度,且CNTs体积分数和尺度效应参数对大长细比CNTRCs梁的弯曲响应和极限屈曲载荷的影响幅度较大。