Effective-Medium Theory for Two-Phase Random Composites with and Interfacial Shell

According to the Bruggeman theory and Maxwell-Garnett theory, the effective dielectric constant of a two-phase random composite with an interfacial shell is presented. The nonlinearity of the theory is obvious. Especially, the theory is suited to study the dielectric properties of two-phase random composites with a spherical interfacial shell. The theoretical results on dielectric properties of polystyrene-barium titanate composites with an interfacial shell are in good agreement with experimental data.

复合材料双层球壳与环板耦合结构振动特性研究

以一阶剪切变形理论为基础,采用谱几何法对不同边界条件下复合材料双层球壳与环板耦合结构振动特性分析模型进行构建,其中采用人工虚拟弹簧技术模拟耦合结构的边界条件。根据耦合处的连接关系,通过布置耦合弹簧模拟器对子结构之间的耦合关系进行模拟。应用哈密顿原理对复合材料双层球壳与环板耦合结构的特征方程进行推导,对耦合结构的固有特性和稳态响应进行求解。将所得结果与有限元结果进行对比,验证了计算的正确性。分析了几何参数、材料参数对复合材料双层球壳与环板耦合结构振动响应的影响。

空间分布系列球壳声场耦合与辐射特性研究

针对大深度载人潜器的多球壳组合结构,以水介质中任意空间分布的系列弹性球壳为研究对象,利用球函数平移加法定理,建立计及球壳间声场相互作用的多球壳系统声振耦合模型,计算分析空间分布系列球壳的声场耦合特性及其影响因素。结果表明:声场相互作用将改变球壳模态间耦合关系,使得单阶模态对球壳振动的贡献不再限于单个峰值,进而影响声辐射频谱特征;双球壳系统受激球壳和非受激球壳都产生声辐射,轴向激励情况下,两球壳间存在强声场耦合效应,激励力偏离轴向时,声场耦合效应逐渐减弱;不同尺度球壳组成的双球壳系统扩展了声场有效耦合的频率范围,辐射声场兼具两个球壳的模态特征;多球壳串列布置时,声场耦合效应具有传递作用,多球壳按不同角度分散布置时,辐射声场空间分布则更趋复杂。

TiO_2/Fe_2O_3核-壳粒子的制备及光学性能

钛酸四丁酯(TBOT)水解产生的TiO2沉积在单分散准球形α-Fe2O3颗粒的表面,形成均匀、连续的核-壳结构.TiO2壳层的厚度约为30nm.在500℃热处理后,TiO2壳层从非晶态转变为锐钛矿结构.在光激发下,TiO2/Fe2O3核-壳粒子的电子从TiO2价带跃迁到能量较低的α-Fe2O3导带,在可见光区产生新的强吸收峰.光谱计算结果表明TiO2价带与α-Fe2O3导带的能量差为1.6eV.

复合材料格栅结构扁球壳的外压稳定性分析

采用有限元法分析均布外压作用下复合材料扁球壳结构的屈曲和后屈曲行为,讨论了铺层顺序等对屈曲及后屈曲行为的影响,在此基础上提出扁球壳体的格栅加筋方案并进行优化设计。结果表明,该格栅加筋方案可有效提高此类结构的抗屈曲能力,可供飞机结构中复合材料后压力框等类似部件的设计参考。

单层球面网壳在多维地震作用下的随机响应分析

采用课题组推导的多维虚拟激励理论方法及自编计算机程序 ,对常用 K6型单层球面网壳多维地震反应规律进行了系统研究。论文首先对功率谱计算时的参数取法进行了讨论 ,然后对单层球面网壳进行了大量多维与单维响应对比分析 ,考虑了矢跨比、荷载、跨度等主要结构参数影响 ,给出了主肋、环杆、斜杆在不同参数下多维与单维地震反应对比规律及数值范围。分析结果表明 ,网壳大量主要受力杆件三维地震内力远远大于单维地震内力 ,得出在网壳抗震设计中必须要进行三维地震作用分析的结论。

爆炸冲击下复合材料层合扁球壳的动力屈曲

研究计及横向剪切的复合材料层合扁球壳在爆炸冲击载荷作用下的非线性轴对称动力屈曲问题。通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入R.H.Cole理论的爆炸冲击力,得到爆炸冲击下复合材料层合扁球壳的动力控制方程,应用Galerkin方法得到用顶点挠度表达的爆炸冲击动力响应方程,并采用Runge-Kutta方法进行数值求解,采用Budiansky-Roth准则确定冲击屈曲的临界载荷,讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响;数值算例表明,此方法是可行的。

圆底球形组合肋壳连续化分析方法

圆底球形组合肋壳由U型截面组合肋和上部钢筋混凝土薄壳共同组成,能克服普通钢筋混凝土薄壳施工中支模拆模的复杂工序,整个结构具有施工简便、工程成本低廉、受力优越等特点.本文基于连续化理论,将组合肋壳中组合肋部分处理成正交各向异性薄壳,与上面钢筋混凝土薄壳构成具有协同工作的双层壳,按照弹性小挠度薄壳理论,建立组合肋壳位移法基本方程式,引入应力函数,推导出混合法基本方程式,并分别给出上层钢筋混凝土薄壳和下层组合肋网薄膜刚度矩阵、弯曲刚度矩阵以及考虑组合肋与钢筋混凝土薄壳间偏心的耦合矩阵具体表达式.最后,以40m跨圆底球形正交组合肋壳为例,将理论分析与有限单元法结果进行比较.研究表明:连续化分析能宏观地了解结构的力学性能,可用于组合肋壳结构的初步设计,为组合壳体类结构理论研究提供参考.

复合材料层合扁球壳的非线性强迫振动

研究了考虑横向剪切的对称层合圆柱正交异性扁球壳的非线性强迫振动问题，得到了共振周期解和非共振周期解．最后。

复合材料层合开顶扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲

研究了具有刚性中心的复合材料层合开顶扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题。通过增加横向转动惯量项得到中心集中冲击下复合材料层合开顶扁球壳非线性稳定性的控制方程,采用Galerk in方法得到以刚性中心位移表达的冲击动力响应方程,并用Runge-Kutta方法进行数值求解,应用Bud iansky-Roth准则(简称B-R准则)确定冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合开顶扁球壳冲击屈曲的影响。

矩形脉冲作用下复合材料层合扁球壳的冲击屈曲分析

研究了计及横向剪切的复合材料层合扁球壳在矩形脉冲载荷作用下的非线性动力屈曲问题;采用Galerkin方法得到以顶点挠度表达的动力响应方程,并用Runge-Kutta方法进行数值求解,应用Budiansky-Roth准则(简称B-R准则)确定冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何尺寸和物理参数对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响;数值算例表明,该方法是可行的.

随机杆件初弯曲对K6型网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构,初始缺陷对其稳定承载力影响较复杂。为研究随机杆件初弯曲对网壳整体承载力的影响,以K6型单层球面网壳为对象,推导了实现具有杆件随机初弯曲网壳的相关公式,并详细阐述了其在有限元程序中的实现方法,分别研究了杆件初弯曲幅值、弯曲方向角及二者耦合作用对网壳结构稳定承载力的影响程度。主要得出如下结论:当初弯曲幅值δ取为确定值l/1 000时,与理想网壳相比,承载力下降5%左右;当δ取为确定值l/250时,承载力下降14%左右。与随机初弯曲幅值相比,初弯曲方向角对网壳结构稳定承载力的影响较小。同时考虑弯曲幅值与弯曲方向角的随机性时,杆件初弯曲对网壳稳定承载力的影响更为显著。推导的建模公式及其有限元方法可推广至其它类型的空间网格结构中。

工作压强对SiC空心微球结构及性能的影响

采用化学气相沉积(CVD)-高温热解法,在不同工作压强条件下,制备了惯性约束聚变靶用SiC空心微球。利用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、白光干涉仪、X射线照相机对SiC空心微球的成分、表面形貌、表面粗糙度、球形度以及壁厚均匀性进行了测试与分析。研究结果表明:随工作压强的增加,SiC空心微球的表面均方根粗糙度先减小后增加,当工作压强为15Pa时,表面均方根粗糙度达到最小值98nm;随工作压强的增加,SiC空心微球的球形度未发生明显变化,且均优于97%;而壁厚均匀性则随工作压强的增加先增加后减小,当压强为15Pa时,壁厚均匀性可达95%。

热应力下组合球壳的力学分析及数值模拟

基于热弹性力学和热传导理论,对热应力作用下的两种不同弹性材料组成的复合圆球壳进行了力学分析。推导出组合球壳在变温场作用下的应力和位移的解析表达式,利用Matlab软件进行数值模拟,给出了径向应力、环向应力和位移随半径的变化曲线,研究了外界温度场、组合球体的几何参数以及材料参数等随内外球体半径变化的规律。

球面组合肋壳力学性能研究

组合肋壳是由组合肋与钢筋混凝土薄壳共同组成的一种新型大跨度空间组合壳体结构,为研究静力荷载下整体结构静力响应、破坏过程与失效机理,进行1∶10球面组合肋壳静力加载试验.通过跟踪整个加载过程,得到组合肋壳裂缝发展、结构最终破坏形态和最大变形点荷载位移曲线等静力性能指标,分析结构内力传递路径、承载能力及破坏机理.研究表明:组合肋壳具有较高的承载能力,良好抗倒塌能力;组合肋主要承受轴向力,钢筋混凝土薄壳以薄膜内力为主,在靠近圈梁区域弯矩逐渐增大;荷载通过壳面首先传向正交的两根主肋,再由主肋所连接的次肋向圈梁传递;随着荷载增大,加载点附近出现塌陷区,结构发生局部强度破坏.最后利用有限元软件对组合肋壳进行数值分析,结果与试验吻合.

Bi_2O_3/Cu-O-Cr核壳结构纳米复合物的合成

采用沉淀法制得球形单分散Bi2O3纳米粒子;通过共沉淀法制备球形单分散Bi2O3/Cu-O-Cr核壳结构复合纳米材料。通过X射线衍射、透射电镜、能谱分析和红外光谱等技术表征所合成材料的成分组成、晶体结构、微观形貌以及颗粒尺寸,并对Bi2O3/Cu-O-Cr核壳结构的复合纳米粒子的形成机理进行研究。研究结果表明:在包覆前先对Bi2O3粒子进行表面铵离子(NH4+)功能化是形成均匀核壳纳米结构的关键;铜铬包覆层以氨配合物的形式包在Bi2O3粒子表面,形成核壳结构的复合粒子,复合粒子的平均粒度为78 nm,核厚为60 nm。

复合材料层合扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲

研究了复合材料层合扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题;通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入的中心集中冲击载荷,采用Galerk in方法得到以顶点位移表达的冲击动力响应方程,并用Runge-Kutta方法进行数值求解,得到了不同载荷幅值下的位移响应曲线,应用Bud iansky-Roth准则(简称B-R准则)确定了冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响;数值算例表明,该方法是可行的.

复合材料扁球壳非线性冲击跳跃屈曲研究现状

本文对复合材料扁球壳的非线性冲击跳跃屈曲的研究进行了较为详细的综述，介绍了这一领域的研究历史及其发展。重点介绍了一些具有代表性的工作和近期发展。

自平衡预应力网壳-索穹顶组合结构的设计与分析

目的为实际工程应用设计一种新的空间结构形式,探讨这种结构的特点及可行性.方法将已有的大跨度自平衡预应力网壳的研究成果以及悬索结构的理论成果相结合,提出预应力网壳-索穹顶组合结构并设计构件的截面尺寸,利用ANSYS软件进行结构的仿真分析.结果经过合理的构件截面设计以及反复调整初始预应力,在外载作用下,结构最大的柔性拉杆应力为1332.60 MPa,最大的压杆应力为-258.85 MPa,最大竖向位移为-1.327 m;结构的内力和变形都在允许的范围内,且无杆件失稳现象.结论自平衡预应力球面网壳-索穹顶组合结构在大跨空间结构应用是可行的.在设计时,应注意综合考虑索穹顶与下部预应力网壳两部分之间的相互影响及各自的受力特点,使结构达到最优.

浅球壳型双稳振动能量收集器件结构优化设计

以浅球壳型双稳振动能量收集器件为研究对象,导出宽带随机激励下以能量收集效率最大为目标的结构优化设计方案。应用假设模态法及Lagrange方程法导出浅球壳结构非线性随机微分方程。采用稳态期望穿阈率描述结构跳变频率,并选取壳体处于底圆位置的应变能衡量每次跳变可收集能量。以稳态期望穿阈率与参考应变能乘积构造可收集功率概念,可收集功率可平衡跳变频率与每次跳变相应的可收集能量。以可收集功率最大为目标,导出最优无量纲几何参数与最优无量纲可收集功率。因其具有无量纲本质,该结构最优设计方案具有普适性。