具有负泊松比效应蜂窝材料的面内冲击动力学性能

基于显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA,研究了面内冲击作用下具有负泊松比效应蜂窝材料的动态冲击性能。在保证胞元壁长和壁厚不变的前提下,通过改变胞元扩张角,建立了内凹六边形蜂窝模型。具体讨论了胞元扩张角和冲击速度对蜂窝材料面内冲击变形和能量吸收能力的影响。研究发现,在冲击载荷作用下,内凹蜂窝材料的面内冲击性能依赖于胞元扩张角。胞元扩张角的绝对值越大,冲击端的平台应力越高。随着冲击速度的提高,蜂窝材料表现出更强的能量吸收能力。

形状记忆合金纤维在变轴力作用下的力学性能研究

对形状记忆合金纤维拔出的力学模型进行了探讨和简化。以一维的Liang-Rogers本构模型和Tanaka给出的指数型马氏体含量关系为基础,给定界面摩擦力的取值范围,并考虑其对纤维的作用,给出了恒温条件下加载和卸载过程中脱胶区纤维的伸长量与外载荷、摩擦力的关系式,及相关的系列曲线图,得到了界面摩擦力对形状记忆合金纤维力学特性的一些影响。由于余弦和指数模型得到的结果吻合良好,该文的变轴力模型具有一定的合理性。

横坑隧道涌水预测及其岩体力学分析

以横坑隧道工程为例,详细介绍洞口段Ⅲ类围岩高压富水带区域的涌水预测方法,并提出如何处理涌水的施工方案。从力学的角度采用莫尔库仑准则和断裂力学理论,具体分析涌水段岩石的破坏机理,由此确定涌水时岩石破坏的临界水压力,对实际工程中涌水预测,水压的确定以及涌水的防治具有指导作用。

第十八届美国理论与应用力学大会总结

1会议概况2018年6月5—9日，第18届美国理论与应用力学大会(18th U.S.National Congress of Theoretical and Applied Mechanics,USNCTAM2018)在美国芝加哥召开.本次大会由美国力学国家委员会和中国力学学会联合主办，旨在探讨和交流近四年世界范围内在理论和应用力学领域的基础研究、创新技术的最新进展，吸引了来自世界各地的近千名专家学者参会，其中近300人来自中国.本次会议分为固体力学、流体力学、计算力学、生物力学和动力学与控制五大专题，并增设了博士与博士后职业发展研讨会和女性研究人员社交活动.大会由美国塔夫斯大学曲建民教授、美国西北大学Wing Kam Liu教授、浙江大学杨卫院士(中国力学学会理事长)和北京理工大学方岱宁院士(中国力学学会副理事长)担任共同主席.本次大会展现了中国科学研究在力学领域的雄厚力量，多数学者报告了近两年在国际前沿方向的研究成果.

列车外圆弹簧疲劳损伤的非线性超声测试

进行了列车外圆弹簧在疲劳载荷作用下所产生损伤的非线性超声测试。对列车外圆弹簧进行疲劳加载,利用专门的非线性超声测试系统激发和接收透过弹簧的超声纵波。在相应的信号处理后,建立了声学非线性系数与弹簧疲劳次数之间的关系。实验结果表明,当疲劳次数小于150万次时,由于弹簧材料内部位错、滑移带等微观缺陷还没有形成足以产生显著非线性的积累,该非线性系数增长不明显;当疲劳次数达到150万次至300万次之间的疲劳响应期时,非线性系数增加明显,表明弹簧材料的内部损伤快速增加;当疲劳次数超过300万次时,弹簧材料的内部损伤积累速度减缓,非线性系数增加放缓。该研究表明列车外圆弹簧的疲劳损伤程度与其声学非线性系数直接相关,利用该方法可以为材料和结构早期力学性能退化的检测和评价提供一种有效的途径。

黏弹性双相介质参数反演的同伦方法

本文以介质的动态时域响应(位移、速度、加速度)作为反演的依据,对黏弹性双相介质的材料参数进行了反分析研究.根据附加条件,并考虑到由于测量误差和测量数据的不充分造成的反演问题的不适定性,将黏弹性双相介质的参数反演问题转化为非线性泛函的极小值问题,然后应用大范围收敛的同伦方法求出使泛函极小的根作为反问题的解.最后,以二维半空间黏弹性双相介质模型为例进行了数值反演分析,数值结果表明本文方法在参数的反演过程中目标函数稳定收敛,且具有一定的抗"噪声"干扰性能;与利用速度和加速度信息反演的结果相比,利用位移信息反演的结果具有较高的精度和抗噪声能力.

弹性大变形问题中的应力状态描述、奇异性问题和余能原理

对弹性大变形理论中的3方面问题进行了综述.首先,对各种应变度量的共轭应力进行综述.大变形问题引起的应力状态描述的复杂性引起了许多学者的兴趣,对这个问题的研究也促进了大变形弹性理论的发展.在各种特定问题中,人们提出了不同的应力张量米描述应力状态,如Cauchy应力张量、第一类和第二类Piola-Kirchhoff应力张量以及Jaumann应力张量等.最近,第一作者提出了"基面力"的概念,可以描述不同应力张量的一些共同本质特征;和其它应力张量相比,用"基面力"描述应力状态更清晰、更容易理解.以"基面力"为出发点,对应力状态的各种描述进行了讨论和比较,给出了在各种边界条件下,用"基面力"表示的控制方程.其次,综述了大变形弹性力学中一些奇异性问题,包括橡胶类材料的裂纹和缺口尖端的应力奇异性、集中力作用点处的应力奇异性和楔体接触的奇异性问题.介绍用"基面力"的概念求解应力奇异性指数的方法,并和已有的研究结果进行比较.最后,回顾大变形弹性问题中余能原理的研究进展.此问题已经困扰着人们近百年.介绍了用"基面力"所描述的一种余能原理.

金属磁记忆检测法研究进展

金属磁记忆法不仅可以实现传统无损检测技术对宏观裂纹的测定,而且可以确定由于应力集中造成的损伤,进而实现对结构剩余寿命的评估。该方法具有检测设备轻便、操作过程简单以及缺陷识别判据直观等优点,易于工程应用。但作为一种新型无损检测技术,其测试原理的理论物理模型、测试结果的可靠性和定量化、测试信息的有效利用性等方面还存在许多争议和不确定之处。在简单介绍其测试原理基础上,列举了一些典型工程应用实例,并就该方法存在的问题和未来发展方向进行了探讨。

超弹性材料稳定性的一种判别方法

根据最小势能原理,将应变能对右Green-Cauchy应变张量的二阶变分的正定性作为判别超弹性材料应变场稳定性的一个充分条件,用这个条件可以判别超弹性材料在某些条件下的稳定性。对平面应变单向拉伸问题的平衡稳定性进行了讨论,以文献[1,2]提出的应变能函数为例,给出稳定状态临界载荷的一个范围,并对无限拉长的平衡状态的稳定性进行了渐进分析。结果表明,无限拉长的平衡状态是稳定的。

高孔隙率多孔介质材料有效复合模量的预估

利用分割孔隙的方法,取一半孔隙作为夹杂,另一半和原基体作为新基体,首先利用Mori-Tanaka法求得新基体的有效模量,然后类似地对新基体和另一半孔隙,利用相同的方法求得多孔介质的有效复合模量。通过实例计算表明,即使当孔隙率较大时,现方法与试验数据也相当吻合。

纤维打结对复合材料试件拉伸性能的影响

为了克服基体中纤维的脱胶问题,提出了纤维打结的设计方案来改进纤维复合材料构件的力学性能,并对试件进行了拉伸性能的测试。实验结果表明打结纤维可以明显地提高复合材料试件的拉伸性能。

中国学者与IUTAM和中国申办ICTAM的历程

国际理论与应用力学联合会（International Union of Theoretical and Applied Mechanics，IU—TAMl是国际力学界最具权威的非政府学术组织，是国际科学理事会（International CouncilforSci．ence，ICSU；国科联）的国际科学联合会成员（Scientific Union）．国际理论与应用力学联合会的会员（Adhering Organization）由代表国家级的相关组织或学会组成．经国务院和中国科协批准，1980年中国力学学会正式向IUTAM提出申请，并被IUTAM接纳成为该组织的国家会员．

形状记忆合金纤维复合材料纤维方向弹性模量的实验研究

为了验证形状记忆合金纤维复合材料纤维方向的弹性模量与细观力学理论计算结果的接近程度,进行了拉伸性能的测试。采用线性回归方法,给出了弹性模量的实验结果。试验结果表明形状记忆合金纤维复合材料纤维方向的弹性模量与细观力学理论的计算结果比较一致。

密度梯度蜂窝材料动力学性能研究

利用显式动力有限元方法数值研究了具有密度梯度六边形蜂窝材料的面内冲击动力学性能。根据功能梯度材料的概念,首先建立了具有密度梯度的蜂窝材料模型。基于此模型,具体讨论了密度梯度和冲击速度对六边形蜂窝材料变形模式和能量吸收性能的影响。研究结果表明,通过恰当地选择蜂窝材料的密度梯度,初始应力峰值明显减小,材料的能量吸收能力能够有效地得到控制。此结论为实现多胞材料动力学性能的多目标优化设计提供了新的设计思路。

集中缺陷对蜂窝材料面内动力学性能的影响

利用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA数值研究了三角形和四边形蜂窝材料中集中缺陷对其面内冲击性能的影响。研究结果表明,对于集中缺陷,除了缺陷率,缺陷集中区域的位置也是材料设计中需要考虑的重要指标。随着缺陷率的增加,蜂窝材料的平台应力和能量吸收能力迅速降低,但随着冲击速度的增加,缺陷的影响逐渐减弱。缺陷集中区域的位置对材料的动力学响应有较大影响,而三角形蜂窝表现出更强的敏感性。此结论将为多孔材料的动力学优化设计提供了理论指导。

梯度分布对密度梯度金属空心球阵列动力学性能的影响

梯度及梯度排布是密度梯度多孔材料设计中的关键性问题。该文基于分层梯度金属空心球阵列模型,重点讨论了不同冲击速度下,梯度分布对金属空心球阵列动力学性能的影响。研究结果表明:在低速冲击下,梯度金属空心球阵列的动力学响应只取决于梯度的大小而不敏感于梯度的空间分布;而在中高速冲击下,梯度金属空心球阵列的动力响应不仅取决于梯度的大小,而且必须考虑梯度的空间分布。一定冲击速度下,梯度分布决定了材料内部的应力分布和材料的能量吸收过程,但吸收的总能量由材料的相对密度决定。考虑到对被冲击防护结构的保护,从冲击端高密度向远端低密度的梯度分布更有优势。该文的结论为实现多孔材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供了新的设计思路。

软硬交错金属空心球泡沫动力学性能研究

通过控制点阵结构中不同阵点位置空心球的软硬程度建立了交错金属空心球泡沫模型。在此基础上,对比研究了不同冲击条件下,均匀和各种交错金属空心球泡沫的动力学响应特性。重点分析了软硬空心球排布方式对金属空心球泡沫动力学性能的影响。研究结果表明,通过对软硬空心球排布方式的控制,材料可以在一定范围内根据外载条件进行自主调节,以控制金属空心球泡沫内的应力分布,提高了金属空心球泡沫的能量吸收效率。软硬交错空心球模型的建立为实现金属空心球泡沫的自适应设计提供了新的思路。

金属磁记忆技术的数值研究

金属磁记忆方法能够有效评估材料及在役设备的早期损伤,并已在工程中得到部分应用,但目前尚缺乏建立该方法磁记忆信号与应力状态之间的定量物理关系。该文运用数值分析方法,考虑应力集中处的磁导率的变化分布规律,确定其表面漏磁场,较为系统地分析了应力集中宽度、埋深位置以及传感器提离值等对漏磁信号幅值和作用范围的影响关系。相关结果对金属磁记忆技术的定量化研究具有重要意义。

金属磁记忆检测技术研究进展及若干讨论

金属磁记忆是近年来发展起来的一种新的磁无损检测方法,可以实现对工业中大量使用的铁磁材料和铁磁结构早期损伤实现有效诊断。但由于其发展历史较短、理论模型缺乏、实验干扰因素较多,目前还限于机理性探讨和仅能提供定性化测试结果。结合本课题组研究成果及其他学者的相关报道,本文对近年来本领域研究成果进行综述性评价。内容涉及基本判据建立、漏磁表征参数确定、实验测试数据的有效性及影响因素、理论物理模型建立等方面。最后,对该方法今后研究趋势作了展望。

组合蜂窝材料面内冲击性能的研究

基于三角形和六边形蜂窝结构面内冲击性能的研究,该文探讨了面内冲击荷载作用下组合Kagome蜂窝结构的变形机制和能量吸收特性。首先,在保证蜂窝结构胞元厚度与边长尺寸比值不变的前提下,分析了不同形状胞元及其组合结构的动态冲击性能,给出了试件宏观及微观胞元结构的动态演化过程。在此基础上,探讨了冲击速度和相对密度一定情况下单位质量不同蜂窝结构的能量吸收特性。其结论将对蜂窝材料微拓扑结构的动力学优化设计提供指导。