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.

微机电系统应用中的非线性力学问题分析

微机电系统(MEMS)中常作为和力有关的传感器使用的悬臂梁类型结构,在使用过程中经常会出现小变形、大位移的情况,这时传统的线性分析方法会导致较大的系统误差。本文基于二次梁理论给出了该几何非线性问题的理论解,其正确性通过有限元的数值计算结果得到验证。这个通过非线性分析得到的理论解不但校正了线性分析方法的系统误差,提高了系统精度,而且扩大了系统的有效使用范围。

金属塑性成形过程CSPH无网格法数值模拟

应用微可压缩刚塑性材料的流动法则,采用修正的光滑粒子力学(Corrected smooth particle hydrodynamics, CSPH)无网格法,自行开发了求解金属方棒压缩和圆棒压缩等金属塑性成形过程应用程序。提出一种简单的求解体积应变速率的光滑技术,该技术使应力场计算结果能得到较好的改善。采用CSPH无网格法求解纯铝和Al6060铝合金材料压缩过程得到的速度场和应力场结果与有限元法计算结果以及试验数据进行了分析比较。结果表明, CSPH法能够较好地求解金属大变形过程,为今后进一步分析复杂金属变形问题提供了良好的研究手段。

遥操作和虚拟操作的实时柔性触觉再现装置研究

针对遥操作和虚拟操作的需要,提出了一种新颖的基于弹性梁有效变形长度控制的柔性触觉感知再现方法,并研制了实时柔性触觉感知再现装置。该装置通过调节弹性梁的有效变形长度,快速控制弹性梁的刚度变化,从而使操作者实时地感知到虚拟操作或遥操作对象的刚度和柔软性,准确地识别对象的物理特性和分类。

船舶管线隔振支座布局优化设计的规范法

国内关于船舶管道隔振支承布局优化设计的标准和方法目前还没有建立,有关优化模型及算法的研究有待开展。借鉴美国ASME B31规范和综合考虑强度、刚度、稳定性、固有频率及振级落差等约束条件,提出了管线系统支座布局优化设计模型及规范设计法。该方法根据ASME B31规范初步确定支座的数量,通过几何优化设计支座的间距。提出迭代优化算法求解这上述问题,获得较优的支座数目与支座间距。通过算例,研究了不同优化目标函数的选择,(如支座造价、管线最大下垂或结构应变能等),对优化结果的影响;证明了有关模型与算法的有效性和实用性。

基于两种不确定的稳健设计方法及其在车身轻量化设计中的应用

针对传统基于近似模型的稳健设计方法中近似模型预测误差易导致优化解约束失效的问题,综合考虑参数不确定和近似模型预测不确定的影响,建立基于2种不确定因素的稳健设计方法,并通过数学测试案例验证所提方法的优化效果.同时,针对车身轻量化问题进行应用研究,选取非线性程度高、近似模型不确定影响大的耐撞性指标作为稳健约束.结果表明,基于2种不确定因素的稳健方法可以有效保证高维、强非线性问题优化解的可靠性,并在满足碰撞性能指标的前提下,达到车身减重11.06%的轻量化效果,从而验证了所提方法的可行性.

C/SiC材料疲劳试验加载频率的数值研究

材料S-N曲线和结构动应力响应是声疲劳寿命评估的两个要素,而热结构材料C/SiC的S-N曲线具有强的频率依赖性。为得到典型C/SiC材料热结构声疲劳寿命评估可用的S-N曲线,分析了随机信号的水平穿越问题,导出随机信号的正斜率穿越率计算公式。论证了随机信号的正斜率零穿越率表征了信号的统计平均频率,且可直接由功率谱密度函数计算得到。对一C/SiC加筋壁板在声压载荷下的随机动响应进行数值仿真,在声载荷下壁板3个典型部位动应力响应的平均频率的最大值为532Hz,数值算例验证了正斜率零穿越率与随机信号在单位时间内的循环次数近似相等。因此在对该结构寿命评估前,测定材料S-N曲线应使试验加载频率尽可能接近532Hz。

振动能量收集技术的研究现状与展望

气候变暖、海平面上升、冰川消融等自然环境变化对人类社会的发展构成巨大挑战,迫使人们加速绿色能源技术的开发。微纳米技术、机械与材料工程的迅速发展使得振动能量的收集与应用成为可能,其主要部分为通过电磁转换、静电转换、压电转换、磁致伸缩转换、磁电转换、摩擦纳米发电以及它们的复合形式将振动能量转化为电能。其中摩擦纳米发电是最新的研究热点之一。本文回顾了振动能量收集技术原理、材料、结构等方面的研究现状,重点综述了国内外学者的主要研究成果,详细阐述了多种收集方式的原理、特点和电学输出性能,总结了目前该技术存在的关乎耦合性能、频带、收集效率、集成性和寿命等有待进一步解决的关键问题,并由此展望振动能量收集技术的研究发展趋势,希望为集能设计研究领域的工作者提供有价值的参考。

青年与老年手指甲表面形貌、成分与力学性能的实验分析

应用红外光谱仪、场发射扫描电镜、差示扫描热量仪、原位纳米力学测试系统对青年(20~25岁)与老年(70~75岁)指甲的表面结构、形貌、水含量及力学性能进行了实验分析。结果表明:与青年组成员指甲相比,老年组成员指甲的PO 2、C-O、CH 2与CONH基团的峰位向高波数移动;老年组成员指甲表面比青年组成员指甲粗糙并表现出明显的纵向纹理;尽管其总含水量与青年组成员指甲相当,但老年组成员指甲结合水的含量比青年组成员指甲的低;老年组成员指甲的硬度与约化弹性模量均高于青年组成员指甲相应对比量,因此,老年组成员指甲在划痕实验中显示出更好的耐磨性,但在较大载荷时出现明显的裂纹。

TBM滚刀与岩石相互作用研究方法综述

盘形滚刀是用在全断面隧道掘进机(TBM)上的重要破岩工具。现阶段,利用全断面隧道掘进机进行硬岩隧道施工时,刀具损耗巨大,致使工期加长、施工效率低下。研究盘形滚刀与岩石的相互作用机理对于指导盘形滚刀选型、盘形滚刀形貌设计以及施工参数的选取都具有重要的理论意义与实践价值。作为开展滚刀-岩石相互作用机理研究工作中的一环,研究方法的设计显得尤为重要。本文介绍了国内外学者常用的研究滚刀与岩石相互作用机理的实验方法与数值模拟方法,分析了各类方法的优劣势,并就相关技术的未来发展进行了展望。

可延展柔性无机微纳电子器件原理与研究进展

为适应下一代电子产品便携性、形状可变性、人体适用性等方面的进一步需求,近年来基于无机电子材料的可延展柔性电子技术成为全球电子产业界与学术界关注的新焦点.与有机柔性电子学器件不同,可延展柔性无机电子器件指的是建立在柔性基底上的无机电子组件.这种具有柔性的集成电路利用力学设计提供大变形,在保持无机脆性电子器件高性能和高可靠性的同时,具备形状可弯曲、可伸缩等柔性性能.本文综述了近年来无机柔性电子器件的进展,包括力学设计原理、基于界面黏附的转印集成方法以及柔性大变形下的失效机理等,并展望了未来的应用和发展.

38MnVS6钢中硫元素扩散对激光熔覆涂层形貌和组织的影响

利用激光熔覆技术在38MnVS6钢基体上熔覆了CoCrW粉末,研究了不同扫描速度下基体中活性元素对涂层形貌和组织的影响。结果表明,当送粉速率为5.60g·min^(-1),扫描速度小于5mm·s^(-1)时,涂层的熔深较大,涂层与基体的结合线向下凹陷;当扫描速度大于6mm·s^(-1)时,涂层的熔深较小,涂层与基体的结合平整光滑。送粉率的增大使得涂层的形貌发生变化。基体中硫元素的含量决定了涂层表面张力温度系数,改变了熔池中马兰戈尼对流方向,并最终影响涂层的成分和组织。

边留学 边创业

创业种子于我,萌芽在2009年大三的那个夏天。那一年,斯坦福大学的本科生访问学者项目第一次面向海外招收国际学生。经过1个学期精心的文书准备和半年的等待,我有幸作为同行小队的队长,踏上了美国的土地。在斯坦福,我所跟随的导师是有着＂复合材料之父＂美誉的Stephen W.Tsai教授。身为美国工程院院士,Tsai教授在学术界享有绝对权威,著有多部经典教材和专业书籍,但年近八旬的他仍旧每日辛勤工作,并且平易近人,慈祥和善,倍受敬仰。Tsai教授虽是学术上的绝对权威,但却时常关注实践上的创新和工业界的应用。