尺度效应下微结构多场耦合的热弹性耗散研究

微结构做到MEMS量级时,结构尺寸会缩小到微米量级甚至到更小量级,材料内部表现为非均匀性,从而影响结构的静动态力学特性以及热弹性耦合特性,此时,经典弹性理论对结构的热弹性耦合特性不能进行全面的解释。因此,本文基于微尺度理论,根据微器件的振动方程,并结合热传导方程,建立微尺度效应下结构的热弹性耦合控制方程,得到尺度效应下热弹性耦合对微结构的影响。     

一种考虑温度影响的SiC JFET的数据驱动模型

提出了基于数据驱动建模思想建立考虑温度影响的常断型SiC JFET器件模型的方法,解决了目前物理建模方法应用于功率半导体器件建模过程中器件自身结构、材料等参数获取困难的问题。根据常断型SiC JFET器件手册的图表信息并结合部分实测数据,在Saber软件中建立其热电耦合模型。通过对其静态特性和动态特性的仿真和实验研究,验证了考虑温度影响的常断型SiC JFET数据驱动模型的准确性。该数据驱动建模方法可以推广应用于其他功率半导体器件如功率SiC MOSFETs和GaN FETs等的建模。     

宏/细观一体化多尺度数值分析的进展与应用

以C/SiC为代表的纤维增强陶瓷基复合材料具有多尺度特征，传统的复合材料力学理论和以均匀化假设为基础的常规有限元分析方法难以全面准确地评估其力学行为。因而，近年来以跨微观-细观-宏观为特征的多尺度数值模拟方法被广泛应用于评估复合材料的力学特性，加快了新一代复合材料的研发和推广应用。本文首先从分析策略角度，对目前学术界的多尺度数值计算方法的发展情况进行了分类概述，总结了不同宏/细观多尺度方法的特点。在此基础上提出了新的采用过渡区域的宏/细观一体化多尺度建模计算方法，给出了开孔板和典型连接的算例结果，并探讨了其面临的技术难点及合理应用场景。以热结构最常用的典型盒型件为对象分析了其力学特点，给出了采用这种建模计算的必要性和分析策略。     

多稳态力学超材料研究综述

多稳态力学超材料最重要的特点是能够在具有不同能级的稳态之间进行可逆的构型切换.本文总结了多稳态力学超材料的主要设计策略,包括基于自组装、突跳失稳、结构化机构以及几何失措的策略;重点讨论了可以实现的稳态数量以及稳态可控性;进而,集中分析了这些多稳态力学超材料的非常规力学性质,并详述其在可调控电磁器件、驱动器、机器人以及机...     

纳米-微米纤维复合形式对惯性粒子过滤性能影响的数值研究

考虑纳米纤维表面流体滑移效应,在二维简化模型下采用数值方法研究了纳米-微米复合纤维对惯性粒子的捕集行为。分析了纳米-微米纤维复合形式对粒子捕集效率、效率增长比例因子以及综合过滤性能的影响。结果表明:在微米纤维迎风面45°和90°处放置纳米纤维,可显著增大复合纤维对粒子的捕集效率,并对弱惯性或中等惯性粒子捕集表现出较高的过滤性能质量因子;而当纳米纤维位于微米纤维迎风面0°位置时,仅对3μm以下粒子的捕集效率起增大作用;纳米-微米纤维间距(δ)增大对粒子的捕集效率有增大作用,且与纳米纤维放置角度和所捕集的粒子大小均有关。     

小变形下螺栓法兰连接结构的静刚度非线性特性

通过理论分析与接触耦合,材料/几何非线性计算相结合,研究了螺栓-法兰连接结构的静刚度非线性特性.将螺栓-法兰连接结构抽象为一个力学元件;单轴拉伸时,荷载一位移曲线分为预压力释放段、弹性段和局部塑性段;而单轴压缩时,荷载一位移曲线不存在预压力释放段.特别地,同时对比拉伸与压缩荷载一位移曲线时,发现荷载一位移曲线表现出强烈...     

钎料合金蠕变行为及非耦合型本构理论研究进展

在严苛的服役环境与小型化结构设计需求的双重作用下,航天仪器设备所承受的载荷不断增加并愈加复杂,而焊点、引线等封装结构作为仪器设备的薄弱环节,一旦破坏往往会导致器件甚至设备功能丧失,为了提升仪器设备的环境适应性与可靠性,需要准确把握封装结构材料蠕变行为与损伤机理,完善钎料合金本构理论并提升材料蠕变性能预测精度,发展封装结构精细化仿真分析方法。本文梳理了钎料合金蠕变性能及其影响因素,回顾了非耦合型本构理论的发展历程与研究热点,分析了相关模型的预测能力,为深入理解钎料合金蠕变行为与性能预测奠定基础。     

催化效应对气动热环境影响的流动-传热耦合数值分析

鉴于高超声速飞行中高温气体效应带来的壁面催化反应可显著增加气动热载荷，在气动热环境与结构热响应的分析与预报中需充分考虑催化反应带来的影响。将简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型嵌入超高速流动-传热耦合分析模型中，建立超高速流动/催化反应/传热多场耦合分析模型。其中，通过高频等离子风洞的催化特性测试获得ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料表面催化系数与温度的函数关系，对比分析耦合计算和非耦合计算、简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型对气动热环境的影响和适应性，结果表明材料表面催化特性对壁面总热流有重大影响。对于具有较高热导率材料的热响应，耦合传热分析能够有效避免非耦合计算带来的过度高估的结果，而有限速率催化反应模型可有效提高计算精度。在此基础之上，通过耦合传热分析，揭示了催化反应与壁面传热的内在关系，证明了在传热分析中考虑表面催化效应可提升结构热响应精度和防热系统精细化设计的能力。     

Stiffened状态方程下γ-model方法跟踪二维多介质流动

在Stiffened状态方程下，运用Level—set方程跟踪界面运动变化，把界面捕捉的等效方程、Level-set函数和欧拉方程组耦合，求解包含比热比和材料参数的耦合形式的流体力学方程组。计算方法采用二阶精度Wave-propagation算法，通过对气体-液体两种流体的一维Riemann问题、激波和气泡相互作用以及气液两种流体Richtmyer—Meshkov界面不稳定性问题进行数值模拟，抑制了不同介质界面两侧的非物理振荡。     

基于准连续介质力学法预测单晶铜的纳米硬度

采用准连续介质力学的数值方法,模拟了单晶铜纳米压痕试验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深时的载荷-压深的加载和卸载曲线,然后根据Oliver-Pharr方法计算出压头在不同压深时单晶铜的接触刚度、纳米硬度,并将获得的计算结果与相关文献的试验结果相比较。研究发现:单晶铜的接触刚度-位移曲线呈线性关系,纳米硬度-位移曲线存在尺寸效应现象,计算获得的纳米硬度值为0.755±0.027Gpa,这些结果与文献中实验获得的结果非常吻合,表明使用该方法预测材料纳米硬度是非常有效、正确和可行的。