散粒体系统动力学仿真

针对多面体粒子组成的散粒体系统,基于离散单元法,建立了每个散粒体的邻居目录,在邻居目录内以射线交叉法判断散粒体间的接触,给出了散粒体系统动力学的仿真方法,有效地实现了对散粒体系统接触碰撞动力学的数值仿真。该方法具有重要的理论价值,可推广应用于众多工程领域的散粒体系统堆积、碰撞动力学仿真。

利用数字散斑相关法测定聚酰亚胺/SiO_2合成薄膜的力学性能

聚酰亚胺 /SiO2 合成薄膜是一种具有优良力热光电性能的薄膜材料,在MEMS工艺中具有广阔的应用前景,其力学性能测量的研究具有非常重要的意义。本文将数字散斑相关技术和微拉伸试验相结合,对厚度为 37μm的聚酰亚胺(polyimide) /二氧化硅(SiO2 )合成薄膜进行了力学性能测量,获得了比较满意的结果。文章给出了测得的弹性模量和泊松比。为了解决数字散斑相关法不能直接测量较大变形的缺陷,本文提出了多级相关算法,并利用亚像素搜索和双线性插值进行了数据处理。

基于各向同性本构关系薄层单元的螺栓连接参数识别

针对螺栓连接建模与参数识别问题开展研究。基于各向同性本构关系薄层单元理论,提出螺栓连接结构接触面力学性能识别方法。对单个螺栓搭接及多个螺栓搭接两种结构分别进行有限元建模,忽略螺栓质量、螺孔影响,搭接界面采用各向同性本构关系的薄层单元模拟。根据试验模态参数构造优化问题,识别搭接界面薄层单元材料参数。结果表明,两种螺栓连接结构前四阶弯曲模态频率计算精度较高,薄层单元能准确反映接触界面力学性能。该方法适用于单个螺栓及螺栓较密集工况动力学精确模拟。

热管喷射式空调系统中喷射器的研究

利用热管和喷射器复合所组成的空调系统是一种可利用太阳能和备类余热的无泵型新型空调系统。该系统利用喷射器代替压缩机,利用热管内的毛细芯实现工质循环。本文分析了喷射器的流动特性,采用一个简化的一维模型计算了喷射器的喷射系数。设计了一种专用的小型内置式喷射器,对一太阳能热管喷射式空调系统的制冷特性和性能系数进行了数值模拟。模拟计算表明,喷射器的结构和运行特性对热管喷射式制冷系统的性能有明显的影响。

动态力学热分析法测定合成薄膜的力学性能

讨论了动态力学热分析测试方法 ,并利用强迫非共振拉伸模式测定了厚度为 37μm的聚酰亚胺 /二氧化硅合成薄膜的力学性能。文章给出了测得的动态杨氏模量随温度的变化曲线 。

微电子机械系统中转速测量的光学方法

利用显微测量技术和CCD图像传感器的线性积分成像特性,将数字图像处理技术与时间积分成像技术用于微电子机械系统(MEMS)中的转速测量。只需分别摄取被测物体上的标志点在静止状态下的时间积分图像和运动状态下的时间积分图像,即可测得物体在该段曝光时间内的转速。该方法对实验设备及实验条件要求较宽松。实验表明该方法对微系统中近似匀速转动时转速的测量是完全可行的,且具有较高的精度。

发射药床挤压破碎动力学仿真

低温发射药床挤压破碎是导致膛炸的根本原因。将建立在离散单元法基础上的弹簧-球单元破碎模型应用到散粒体系统动力学仿真中,建立了伴随破碎的散粒体系统动力学仿真方法。将该方法应用到动态压缩装置中的发射药床挤压破碎的数值仿真中,并对破碎后的发射药床表面积增加量进行了统计。数值仿真结果与试验结果基本一致,说明数值仿真的正确性,为进一步研究发射装药发射安全性提供了理论基础。

高超声速气动热环境工程算法

对高超声速飞行器气动热环境工程算法进行研究。基于Prandtl边界层理论,将流场分为边界层外的无粘流场和边界层内粘性主导的区域,并将两者的工程算法相结合,发展了一套高超声速气动热的计算方法。对于无粘流区,边界层外缘参数的计算采用完全气体模型和平衡气体模型,利用等熵条件来确定;在边界层内部,基于参考焓方法,采用经典热流密度公式,确定物体表面的气动加热。采用此方法对一些简单三维外形进行了气动热计算,证明所述方法具有较高的精度。

基于数字散斑相关法的金属材料力学性能的测试

数字散斑相关技术以其非接触,可以采用自然光,甚至利用材料表面天然纹理就可以进行位移、应变测试,在土木、机械和生物医学领域等得到了广泛应用,被学术界和工业界进一步研究和工程中所采用。为明确硬质材料受力后的位移分布和应变分布,为应用提供实验依据。在金属材料位移场和应变场的测试中采用了高精度的数字散斑相关技术,并利用自然光对金属材料进行了非接触式测量,得到了由外力引起的横向和纵向的变形及应变等力学参量,数字散斑所测结果与电阻应变计结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术应用于硬质材料力学参量有效,能够较好地解决了力学量测试工作。

下颌磨牙及其桩核修复体力学特性光测分析

目的研究磨牙大面积牙体缺损多根桩金属烤瓷全冠修复体对磨牙应力的影响。方法将离体下颌磨牙包埋于透明复合树脂模拟的牙周组织中,形成18mm×16mm×22mm的包埋块,利用数字化光学测试手段得到修复前、后在垂直载荷作用下的位移和应变,并进行力学分析。结果桩核修复体虽然充分利用残根的生理几何特征,但分散牙体传递的力却是一个渐进过程;在同级载荷作用下,桩核修复体的应变大于自然牙。结论桩核修复后的磨牙应避免使用过大咀嚼力;光测技术为口腔医学领域提供了一种有效的分析途径。

纳米柱绕流的分子动力学模拟分析

采用分子动力学方法,对不同雷诺数的纳米柱绕流问题进行模拟。统计及对比结果表明,在微观尺度下的纳米圆柱绕流的流场与宏观的圆柱绕流类似,但又具有自己的特点。雷诺数为16.2时,圆柱后会持续的周期性产生漩涡并脱落,类似宏观现象中的卡门涡街;而雷诺数为5.4时的圆柱后面没有出现漩涡。流场中圆柱表面存在速度滑移,说明无滑移不是产生漩涡的必要条件。圆柱前后会分别形成高压区和低压区,压强差的大小与来流速度有关。流场中存在顺压强梯度和逆压强梯度,顺压强梯度使圆柱上下两边区域流速超过来流速度,而逆压强梯度则会减小流速甚至使流场中出现回流。流场中密度最小处分布在圆柱右上和右下附近而不是圆柱的正后方。

数字图像相关方法在膜材拉伸试验中的应用

利用数字图像相关方法(DICM),测定了双轴拉伸试验条件下Précontraint 1202 Fluotop T2膜材的力学性能,并分析了该膜材的徐变特性。采用CCD及其计算机处理系统,实时获取变形前后膜材表面图像,对变形前后的图像进行相关运算获得应变;确定了膜材的弹性模量和泊松比及徐变时的应变-时间关系。测试及分析结果表明该方法为膜材力学性能的检测研究提供了新的途径。

拉索模型模态参数识别的实验研究

基于高速摄影成像技术,利用改进的数字时间序列图像相关方法,测定了自由振动状态下拉索模型的模态参数。该方法具有实验装置简单、全场非接触、无附加质量、无附加阻尼、测量频率和位移范围可调等优点。采用高速CMOS摄像机及其计算机处理系统,实时获取拉索的振动图像,基于VC编制时间序列图像相关软件自动对序列图像进行相关运算,获得其位移-时程曲线;利用小波分析的方法确定拉索的固有频率和阻尼比,实验结果与理论分析结果吻合得较好。测试及分析结果表明:该方法为拉索模型的模态参数识别提供了新的途径。

蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法

提出蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法。采用三明治夹芯板理论建立铝蜂窝夹层结构的初始有限元模型,其中芯层等效弹性参数由均匀化方法计算。据芯层结构及相对灵敏度分析,选存在不确定性且对动态特性敏感性较大的面外剪切模量及面板厚度为待识别参数。对6块铝蜂窝复合材料板进行自由-自由边界条件下动态试验,获得试验模态参数的均值及标准差。据试验结果采用所提方法识别铝蜂窝夹层板不确定性参数。结果表明,对存在不确定性参数的铝蜂窝夹层复合材料用该方法能准确识别参数的均值及标准差,并建立具有准确统计意义的动力学模型。

随机基础激励下承力筒—蒙皮结构的声—固耦合分析

针对航天器承力筒—蒙皮典型结构,分别基于有限元—直接边界元法和有限元—间接边界元法建立仅考虑内/外声场和同时考虑内外声场的声—固耦合模型,开展典型结构在随机基础激励下的声—固耦合研究,并重点分析内外声场和声—固耦合效应对典型结构固有特性及动响应的影响。研究结果表明:考虑声—固耦合效应后结构振型未发生变化但固有频率降低,仅考虑单一声场效应时固有频率较同时考虑内外声场时升高;声—固耦合效应使结构的响应整体上降低,但在与激励方向平行的蒙皮处由于内声场的作用而增大;内声场对动响应的影响大于外声场。

响应面有限元模型修正的实现与应用

以响应面有限元模型修正方法为基础,结合软件MATLAB和ANSYS的集成实现了结构模型修正。以钢架结构为例,利用响应面有限元模型修正方法及所编制的工具箱,以实测模态数据为依据,修正了钢架的有限元模型。修正结果表明,有限元模型计算结果与实测结果之间的误差明显减小。

钢管混凝土拱桥有限元模型修正

建立了某钢管混凝土拱桥的有限元模型,通过计算模态分析获得了该桥的计算模态频率。对该桥实施了环境激励下的动态测试,通过实验模态分析获得了该桥的前两阶实验模态频率。采用基于灵敏度分析的有限元模型修正方法,以弹性模量和截面面积等物理和几何参数为对象,依据试验数据修正了钢管混凝土拱桥的有限元模型,修正之后模态频率误差最大值由22.6%降至3.3%。

基于摄动法的不确定性有限元模型修正方法研究

开展了考虑不确定性的有限元模型修正方法的研究。基于摄动法推导了待修正参数均值和协方差矩阵的迭代格式,其中协方差的迭代格式包括是否考虑试验数据与修正参数之间相关性的两种形式。在理论研究基础上开展数值仿真研究,实现了不确定性有限元模型修正的摄动法,并研究了试验数据样本数量对修正误差的影响。仿真结果表明,该方法适用于解决系统参数与试验数据存在不确定性的模型修正问题,试验样本数量对待修正参数标准差的修正精度影响较大;忽略试验模态参数与待修正参数不确定性之间的相关性,能够避免计算二阶灵敏度矩阵,在保证修正结果准确性的前提下减少计算量。

数字图像相关方法在土木测试领域中的实验研究

针对传统接触式测试方法(如电测法等)在土木工程领域中的局限性,开展了数字图像相关(Digitalimage correlation,DIC)方法在该测试领域的应用研究。采用橡胶带的拉伸实验来验证DIC方法的测量精度,具体的实验测试内容包括:基于空域和频域相结合的混合相关法,开展了建筑膜材的双轴拉伸实验,测量了膜材的力学参数;基于仿射变换的相关迭代法,开展了钢管混凝土框架梁柱连接模型的转角测量与分析实验,测量了加强环式连接的弯矩转角关系;基于时间序列DIC和高速摄影成像技术,开展了自由振动状态下拉索模型的动力学参数识别的实验研究。实验结果验证了这一新型检测手段用于测试建筑材料及结构的力学性能的可靠性与精度。