TC11钛合金应变率相关力学行为的实验和本构模型

利用MTS、中应变材料试验机和分离式霍普金森拉杆获得TC11钛合金在应变率1×10^(-3)~1×10~3 s^(-1)范围内的应力-应变曲线,利用金相显微镜和扫描电子显微镜观察材料组织和断口形貌,基于修正的Johnson-Cook本构模型进行不同应变率下拉伸力学行为的有限元数值模拟。结果表明:TC11的初始屈服行为表现出明显的应变率强化特性,在中应变率范围内呈现出应变率不太敏感向应变率敏感的转折现象,材料的应变硬化率随着应变率的提高而逐渐降低。TC11的α晶和片层α+β束被拉长,呈现韧性断裂机制。修正Johnson-Cook模型计及应变率对初始屈服应力和应变硬化行为的不同影响,数值计算曲线与试验曲线吻合较好,能够较好地应用于TC11应变率相关力学行为的数值仿真。

基于有限元方法的复杂浮筏系统功率流计算(英文)

提出一种基于有限元理论的复杂浮筏系统功率流的计算方法.该方法可应用ANSYS等有限元软件直观得生成复杂浮筏系统的模型,并采用谐响应分析技术求解线性系统在外激励下的响应,从而求得计算系统功率流所需的力和速度向量.应用该方法研究了一实际复杂浮筏系统的功率流传递特性,算例结果表明了方法的可靠性.

制动工况下不同滑移率轮胎胎面的磨耗行为研究

以185/75R14电动汽车半钢子午线轮胎为研究对象,分别建立含纵沟花纹和含复杂花纹轮胎的有限元模型。利用磨耗后处理法的数值求解策略,研究在制动工况下滑移率对轮胎胎面磨耗行为的影响。结果表明,在相同的行驶速度下,制动轮胎胎面的磨耗速率随着滑移率的增大而剧烈增大,含复杂花纹轮胎胎面出现了纵向和侧向的不均匀磨耗,其胎面的磨耗速率明显大于含纵沟花纹轮胎胎面。

纳米颗粒对复合材料横向拉伸强度影响的数值模拟

纤维增强复合材料中添加纳米颗粒能够改性基质,提高材料的横向拉伸强度.建立了复合材料周期性单胞的三维有限元模型,考虑了纤维与基质间的粘结特性,模拟了材料在固化完成后冷却到室温的全过程.基质中未添加纳米颗粒和添加纳米颗粒两种模型的计算结果表明,纳米颗粒减小了纤维与基质间的剪应力,降低了纤维与基质热膨胀系数不匹配引起的残余应力,从而导致复合材料横向拉伸强度提高.

基于光波导微环谐振器的IgG非标记检测微流体分析系统

设计开发了与微环谐振器集成的微流体通道系统,不仅避免了敞开环境中由于液体挥发造成的微环谐振器表面盐分的聚结,屏蔽空气中的各种杂质,而且只需要30μL反应溶液,减少了药品用量,大大节约了实验成本。同时,采用绝缘体硅(SOI)材料,利用光刻技术设计和制作了波导宽度为450 nm,半径为5μm,品质因子(Q值)为20000的光波导微环谐振器。集成的微环谐振器传感系统具有低成本、免标记、能实时监测生化反应过程等特点。以不同浓度的酒精溶液为测试对象,研究了微环谐振器对均质溶液的传感性能,传感芯片对溶液折射率的探测灵敏度为76.09 nm/RIU,探测极限为5.25×10^(-4)RIU,验证了此微环谐振器对均质溶液进行浓度检测的可行性。利用此传感系统对人免疫球蛋白IgG进行了非标记免疫检测。在测试中,采用微流体通道系统将相应抗体修饰到微环谐振器表面,利用光谱仪对修饰过程以及抗原抗体特异性结合过程中的共振谱线漂移情况进行了监测。结果表明,光波导微环谐振器可以对生物分子进行实时监测。

玻璃态材料非线性流变:简化的Maxwell模型

玻璃态材料在不同的加载条件下,其力学行为表现出很大的差异性.该文提出了一个简化的Maxwell模型结合速率方程,研究了应变率、温度和老化时间对自由体积缺陷演化控制的玻璃态材料非线性力学响应的影响.研究表明,一定范围内应变率越大、温度越低、老化时间越长,应力峰值越大,且应力峰值和临界应变对于老化时间具有对数依赖性.这些结论与前人分子动力学模拟得到的结果相一致.

应变速率对TA7钛合金包辛格效应的影响

基于动态加卸载实验技术,采用自主研制的旋转盘式霍普金森拉杆和压杆实验装置对TA7钛合金进行了应变速率为300 s~(-1)的拉伸-卸载-压缩和压缩-卸载-拉伸实验,研究了包辛格效应的应变速率相关性。根据TA7钛合金屈服行为的拉伸-压缩不对称特征,提出了包辛格效应应力参数,对TA7钛合金在不同预应变量、加载方式和循环周次下的包辛格效应进行表征。实验结果表明,高应变速率加载下TA7钛合金的包辛格效应比准静态加载下小;预拉伸加载下的包辛格效应弱于预压缩加载下的包辛格效应,但两种加载方式下的包辛格效应都随着预应变量的增加而减小;循环周次对TA7钛合金的高应变速率和准静态加载下的包辛格效应具有不同影响。

油井水力压裂的三维数值模拟

为了研究油层岩石在水力载荷作用下的裂纹扩展及渗流行为,采用渗流应力耦合模型对水力压裂过程进行了三维有限元方法数值模拟研究.预设裂纹用粘结单元来模拟,裂纹的起裂和张开用单元的损伤因子表征.为了使得在裂纹扩展过程中,流体压力能随裂纹扩展动态地跟踪加载到裂纹面上,给出了流体压力在裂纹内传递的模型,并编写用户子程序予以实现.模拟结果得到了水力压裂过程中岩石中的应力分布、孔隙压力分布、压裂液的滤失以及裂缝的几何形态.分析了压力和隔层等因素对裂纹几何形态的影响.该研究结果对石油工程中压裂方案设计及故障诊断有一定的理论参考价值.

局部边界积分方程方法的一种后验误差估计分析(英文)

误差估计以及自适应分析涉及算法的可靠性以及计算效率的改善.通过对无网格算法在误差估计方面的工作分析,根据原始解和后处理解的不同,将一种误差估计的方案引入到局部边界积分方程方法中,其中后处理解采用泰勒展开和移动最小二乘近似得到.数值算例显示,提出的误差估计方案能够有效地指示出真实的数值误差.

光纤分导微梁阵列生化传感装置研制及检测应用

研制了一套基于光杠杆原理的微悬臂梁阵列传感器平台,并通过使用设计制作的微悬臂梁阵列芯片展示其在生物化学方面的检测应用。传感器平台使用光导纤维束分别与激光器耦合作为悬臂梁阵列的扫描光源,具有良好的检测稳定性,检测信号噪声水平约为2 nm;设计制作的微悬臂梁阵列芯片具有良好的平直度,温度响应均匀一致,各梁温度改变响应灵敏度偏差不超过5.0%。将整套传感系统被用于检测水溶液中的Hg2+,检测浓度范围为1~200 ng/m L;同一浓度下微悬臂梁阵列检测结果曲线一致性良好,平均偏差小于15%。在研制仪器平台上,分别实现了自制和国外商品化芯片对1.0和0.2 ng/m L样品的检测,结果表明,制作的微悬臂梁阵列芯片的检测灵敏度相对较低,需进一步改进悬臂梁阵列制作工艺。

一种基于谱元法的层合板SEA参数计算方法

针对一般层合板统计能量分析(SEA)参数获取困难问题,建立了一种基于谱元法(SFEM)的SEA参数计算方法。采用三节点二次谱单元在层合板厚度方向进行网格划分,通过刚度矩阵与质量矩阵建立波数的特征方程;根据模态相似原则,利用皮尔逊相关系数对各阶模态的波数进行分类,进而获得层合板的模态密度、辐射效率等SEA参数。对单层薄板和三明治夹芯板进行了数值模拟研究,计算结果与其他理论值或实验值进行对比,验证了该方法的有效性,并以五层碳-碳正交各向异性板为例,考察了经典层合板理论和一阶剪切理论的分析偏差。最后计算了汽车玻璃层合板的内损耗因子,验证了基于SFEM计算层合板内损耗因子的有效性。

δ相钚镓合金的结构稳定性与力学特性

钚是一种非常重要的核材料,其稳定性与力学特性研究对其在核工业中的应用有着重要意义.本文建立了研究钚镓合金稳定性的分子动力学模型,计算了面心立方(FCC)结构的?相钚的稳定性.计算结果表明,常温下钚会发生显著的晶格畸变和区域分解,但在700 K温度时可以保持较高的结构稳定性;通过掺杂镓元素可以提高钚在常温下的稳定性,且稳定性随着镓含量的增加而增强.我们进一步研究了钚镓合金的力学特性,发现其各向异性指数远高于同类结构金属铜、铝;增加镓含量可以减弱其各向异性,并增大其弹性模量.我们的结果有助于深入认识钚镓合金的结构特征和各向异性,这为钚基核材料的自辐射效应及老化机理的深入研究奠定了基础.

非协调和杂交有限元的理论和应用——纪念恩师吴长春教授

本纪念文介绍了吴长春教授在计算力学领域的主要学术贡献,重点介绍了他在非协调和杂交有限元的理论和应用方面的开创性工作,他发展的构造非协调插值函数的一般公式以及杂交应力元优化方法至今仍是发展高性能有限元的重要工具,经常被同行引用.

基于亚像素边缘检测方法的橡胶裂纹扩展实验研究

橡胶疲劳裂纹扩展实验中,通常采用光学方法测量裂纹扩展长度,但其精度受限于相机分辨率。本研究采用canny算子对拍摄的裂纹图片进行边缘检测,并对裂尖边缘进行线性插值得到亚像素级精度的裂纹尖端坐标,可在相机分辨率固定的情况下有效提高测量裂纹扩展长度的精度。在此基础上,首先开展了室温下合成橡胶的裂纹扩展疲劳实验,即采用恒幅加载方式对预制裂纹的矩形试件进行平面拉伸。然后使用亚像素边缘检测方法获得了更为精确的裂纹扩展速率,结合准静态拉伸实验得到的撕裂能数据,拟合得到了合成橡胶的疲劳裂纹扩展特性参数。最后将亚像素边缘检测方法与传统光学测试方法进行了对比,发现该方法所得数据稳定性更好,裂纹扩展速率的测算更为精确,在记录间隔循环次数较短的情况下具有明显的优势。

应用修正Stoney公式原位测量硅薄膜电极中的锂化应力

结合Stoney公式的多光臂应力测量方法能够有效检测出薄膜电极在充放电过程中的平均应力.然而,经典Stoney公式仅适用于低应力水平的情况.运用修正的Stoney公式考虑了硅电极材料力学性质的变化和基底曲率剧烈变化情况下电极薄膜中应力的演化规律.基于应力和扩散相互耦合的三维非线性有限元模型,验证了修正Stoney公式的准确性.进一步,讨论了曲率分叉出现的条件,确保使用修正的Stoney公式时避免出现曲率分叉行为.

TA7钛合金动态包辛格效应的实验研究

金属材料在准静态加载条件下表现出包辛格效应,但由于实验技术的限制,目前对于材料在高应变率加载条件下包辛格效应的研究较少。本文基于霍普金森拉杆和压杆测试系统,采用吸波装置有效消除二次加载波对试件塑性变形的影响,实现了金属材料动态拉伸和压缩加卸载测试,进而考察了TA7钛合金在动态加载条件下的包辛格效应。测试结果表明,TA7钛合金在预拉伸变形继而反向压缩变形过程中具有包辛格效应,且具有应变率相关性;与准静态加载相比,TA7钛合金的动态包辛格效应减小;动态包辛格效应随预拉伸应变量的增加无明显变化。