一种无条件稳定的时域推进法与有限元混合分析瞬态热传导问题

本文将一种新的无条件稳定的时域推进法与有限元结合,用于分析瞬态热传导问题。根据微-积分型热传导控制方程,对时间变量在小区闻内插值积分,变初-边值问题为一系列离散时刻的边界值问题,再应用有限元法求解之。由于推进中的每一时刻的解,都严格满足原给定的初始条件,就消除了累积误差的影响。此外,这种时域推进法对时间变量的数值积分也优于数值微分。因而,与现行的基于微分型控制方程,采用时-空有限元模型同时离散,再逐步求解的直接积分算法相比,计算精度可大大提高。不难预料,当求解较长时间后的瞬态值时,本算法的优越性会更加明显。     

纳米二氧化钛对纳米纤维增强透光复合材料性能的影响

对纳米二氧化钛粒子改性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透光复合材料的性能进行研究.通过将二氧化钛纳米粒子分别加在同轴共纺复合纳米纤维的壳/芯结构中,分析了相同含量二氧化钛粒子在不同结构中的分布状况以及对纳米纤维增强透光复合材料透光性和紫外光吸收性的影响.研究结果表明:分布在芯层中的纳米二氧化钛粒子对纳米纤维增强透光复合材料的透光性能影响较小,且能在200～400nm-1的紫外光区域产生明显的吸收峰.     

黄争鸣 复合材料力学专家

您在复合材料力学、计算结构力学、流与结构的相互作用、纳米纤维材料与风力发电机叶片中的力学问题等领域进行了深入的研究,请您具体谈谈近年来的主要研究成果。黄争鸣:近年来,我们主要在两个方面展开研究并取得了可喜进展。第一个方面的工作为复合材料的破坏分析与强度预报。这是一个世界性难题,国际上众多学者为解决或部分解决这一问题进行了不懈努力,但     

基于桥联模型预测层合板分层萌生载荷

层合板本质上由基体树脂将单层板粘在一起,其分层萌生必然从基体树脂破坏开始。基于此,通过分析基体树脂的破坏来预测层合板的分层萌生载荷,通过有限元计算出轴向拉伸载荷下层合板的应力场,沿厚度方向平均来消除自由边缘处层间应力的奇异性,之后根据桥联模型计算纤维和基体树脂应力,并用Mohr判据来判断基体树脂是否破坏。预测了T800/914层合板[±θn]s的分层萌生载荷,与实验结果吻合良好;本工作的最大优点是只需组分材料的性能即可预测层合板的分层萌生载荷。     

PMMA透光纳米复合材料的制备

利用同轴共纺技术制备出具有壳-芯结构的复合纳米纤维,再通过热压成型工艺将壳层的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)熔融,留下芯层的尼龙6(PA-6)纳米纤维作为增强材料,由此制备得到纳米纤维增强透光复合材料.实验结果表明,该复合材料较之纯PMMA板在力学性能上有明显改善,透光率则基本不受影响.应用SEM、TEM以及FTIR研究了复合纳米纤维的形貌和结构,并根据复合材料力学试验断口的SEM照片,分析了PA-6纳米纤维含量对复合材料力学性能和透光性能的影响.     

应用桥联理论与有限元模型的航空复合材料结构失效分析

桥联理论是一个近年来发展迅速的细观力学理论,它仅需纤维和基体材料的力学性能即可预报复合材料的响应。考虑基体应力集中系数与界面脱粘的影响后,大幅提高了复合材料破坏与强度的预报精确度。本文通过商业有限元（FE）软件ABAQUS的二次开发功能,将桥联模型的最新发展编写入UGENS子程序,并对复合材料单层板、层合板以及航空航天工业常见的T型接头复杂结构进行了有限元强度分析,并与实验结果进行对比,结果吻合良好。     

时域推进与边界元混合瞬态热传导问题

对时间变量在小区间内应用多项式插值,对空间变量采用边界元求解,提出一种新的分析瞬态热传导问题的计算格式。与现行的利用含时间变量的基本解所得到的边界元计算格式相比较,具有基本解简单易得、系数矩阵容易计算以及无重复积分等优点;与向前差分消去时间因子的边界元计算格式相比较,则在算法稳定性、计算精度以及时间步长的选取等方面具有明显的优势,并且很容易推广到求解非线性问题。算例表明,采用时域推进与边界元混合方法分析瞬态热传导问题有效可行。     

玻璃钢用增强纤维布方向角与克重设计

纤维布是玻璃钢(玻璃纤维增强塑料)增强体的主要结构形式。在纤维和基体性能及纤维体积含量固定之后,玻璃钢产品的机械性能完全取决于纤维布的结构特性,即纤维方向角和相应克重。通过试验确定这些参数难度高,不仅花费巨大,而且难以达到最优。介绍了如何根据纤维和基体性能参数,对任意多轴纤维布的方向角与克重进行设计。经典层合板理论确定每一层玻璃钢分担的载荷后,桥联模型计算出纤维和基体的均值应力,再将这些均值量转换成真实值,进而与纤维和基体的强度对比,判定单层是否破坏。若破坏源自纤维或源自基体但整体应变中的最大值超过临界值,对应的外载定义为纤维布浸胶后所能承受的极限载荷。设计公式皆为显式,设计结果与试验吻合良好,为工程应用提供了一条有效途径。     

考虑含界面裂纹应力集中系数的复合材料强度计算

弱界面复合材料受横向拉伸时,界面会在材料整体破坏前发生脱粘,材料横向拉伸强度甚至远低于纯基体的拉伸强度。为了准确地预测弱界面复合材料的偏轴强度,需要考虑和量化纤维埋入及界面脱粘对基体现场强度的影响。定义考虑界面裂纹的应力集中系数,提出一种新的方法用于预测弱界面复合材料在任意角度偏轴拉伸作用下界面脱粘对应的临界外加载荷和材料的整体强度;并对不同种类的复合材料进行算例分析。结果表明:加入新定义的应力集中系数可以明显提高预测的准确性。