多稳态力学超材料研究综述（英文）

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、机器人以及机械逻辑运算等领域的应用。最后,展望了多稳态力学超材料设计和应用中存在的挑战及机遇。     

多胞局域共振型超材料的减振实验研究

弹性波/声波超材料具有许多超常力学性质,为航空、航天和船舶等领域的装备减振降噪提供了新途径。本文介绍多胞局域共振型超材料的减振实验研究。该研究基于局域共振元胞的频散分析、波动传递率分析和周期结构的振动响应计算,讨论了超材料在带隙频率区内外的波动传播。设计制造了具有低频带隙的轻质周期性局域共振超材料构型,并用于空间桁架结构的振动抑制实验。实验结果表明,在15～45 Hz的带隙频率区间,多胞超材料减振装置可使振动传递率降低30 dB以上,展现出良好的减振效果。     

尾翼对超空泡航行器形态及力学特性影响实验研究

超空泡水下航行器弹道控制技术是改进与优化超空泡航行器水下弹道的一种重要方式,其中对航行器尾翼的操纵是该技术的重要环节.在高速水洞实验室中进行了缩比模型通气超空泡的生成和尾翼力学特性实验研究,重点针对尾翼安装与否、不同后掠角和不同尾翼安装位置对模型超空泡形态和力学特性的影响进行了深入的分析.通过对比不同工况空泡的外形、阻力、侧向力和法向力矩,获得了尾翼后掠角以及安装位置对细长体超空泡尾部闭合和侧平面力学特性的影响规律,同时对实验结果进行了定性和定量分析.实验证实了尾翼后掠角和安装位置是影响超空泡尾部闭合与影响模型力学特征的重要因素,并提出了实现超空泡航行器尾翼的设计规律.     

金属板材超塑性胀形工艺探讨与恒应变速率的微处理机控制

本文对金属板材TC_4钛合金在860℃高温下的超塑性胀形工艺作了力学分析,得出其各项参数变化规律,给出最佳加载的压力-时间变化曲线。用微处理机控制气压变化,使整个胀形过程中应变速率恒定,板材始终处于最佳超塑性变形状态。对不同材料的板坯,只要输入该材料的应变速率敏感指数和最佳应变速率等参数,就可自动实现各种材料最佳超塑胀形,获得壁厚均匀的良好制品。     

双热流计稳态法材料导热性能测试装置与分析

在分析多层平板一维稳态热传导过程的基础上,确定了双热流计结构一维稳态热传导的物理模型和实现一维稳态热传导的技术条件,设计制作了一套可用于材料导热性能测试的双热流计实验装置。采用C 编制了可运行于Windows环境下的测试和数据处理软件,利用导热系数已知的三组试样:石英玻璃、聚苯乙烯、含碳0.45%钢在所研制的实验装置上进行了导热系数测试分析。实验结果表明,对于导热系数介于1~10 W/mK的材料,测试结果与文献报道数值吻合得很好。测试结果的重复性也比较好。可以满足实际工程导热系数测量的需要。     

典型飞行状态下的旋翼振动载荷计算与分析

建立了基于柔性多体动力学思想的综合气弹分析方法,以SA349/2"小羚羊"直升机为算例,对其典型飞行状态,包括一个小前进比状态,一个大前进比状态以及一个高速稳态转弯状态进行载荷计算.对于两个稳态前飞状态,采用自由尾迹模型计算诱导入流,通过配平迭代获得旋翼载荷;对于稳态转弯状态,将实测配平量作为输入量,采用Glauert线性入流模型计算诱导速度.在与试飞数据以及CAMRADⅡ计算结果的对比中,稳态前飞状态的计算结果与实测数据吻合较好,与CAMRADⅡ精度相当;对于接近飞行极限的高速转弯状态,本文计算值捕捉到了动态失速条件下旋翼载荷变化的主要特征.     

原子力显微镜的生物力学实验方法和研究进展

作为微纳尺度的力学工具,原子力显微镜技术被越来越多地应用于生物力学实验研究,推动了该交叉学科领域的发展。利用多种测量模式与改进的探针,原子力显微镜可以在液体中对亚细胞、细胞、组织等多个尺度的生命物质进行力学测量,研究其在衰老、癌变等生命过程中力学性质的动态变化。本文综述了原子力显微镜的力学测量原理、生物力学的实验方法,以及在单细胞的整体与局部、液-液相分离液滴、上皮囊泡组织等力学测量中的应用,分析了复杂流体与微纳尺度流动对实验测量的影响,并对该领域的发展进行了展望。     

基于牡蛎壳制备水下超疏油海绵及其油水分离应用

通常超亲水?水下超疏油材料又称"除水"材料,具有滤水、吸水而不吸油的特性.受鱼鳞表面的羟基磷灰石以及薄层黏液等亲水性物质导致其表面具有超亲水性的启发,以废弃牡蛎壳为原材料,以纳米羟基磷灰石和原始PU海绵为构筑基元,通过简单的溶液浸渍法过程在PU海绵表面成功构筑了HAP/PDA类牡蛎壳涂层,得到了超亲水?水下超疏油HAP...     

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。     

DZ125合金高温循环变形特性及本构建模

开展了定向凝固镍基合金DZ125高温循环变形特性的试验研究;试验包括纵向[001]、横向[010]和45o[011]三个晶向;温度包括室温、650℃、760℃、850℃和980℃。试验观察到材料变形的率相关、循环硬化/软化、平均应力松弛等力学现象。试验还得到了这些力学行为与温度、晶向、应变率、应变范围的关系。基于以上的材料变形特征,采用各向异性扩展的Chaboche统一型粘塑性本构模型对DZ125合金的力学特性进行了本构建模研究。开发了基于遗传算法的材料参数提取和优化方法。并通过ABAQUS用户子程序(UMAT)结合有限元方法,进行了数值模拟验证和变形预测。     

板料渐进成形超磁致伸缩超声换能器设计及磁场均匀度研究（英文）

设计了一种超磁致伸缩超声换能器,用有限元分析软件对理论设计的超声振动系统进行动力学分析,并对换能器进行了实验测试,验证了理论设计和仿真分析的正确性。为了研究导磁材料厚度对超磁致伸缩材料内磁场均匀度的影响规律,在超磁致伸缩棒与永磁体之间设置导磁材料,对换能器进行了磁场仿真分析。在对换能器进行阻抗分析和振幅测量基础上,对有无导磁材料时换能器的性能进行对比。实验结果表明:在超磁致伸缩材料与永磁体之间设置1.6 mm左右厚的导磁材料时,超磁致伸缩棒内的磁场均匀度最高;添加导磁材料后,超磁致伸缩换能器的输出振幅增大,机械品质因数减小,阻抗减小,使换能器工作更加稳定。     

材料和尺寸参数对Rainbow型压电换能器发电能力的影响

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构.为研究Rainbow型压电换能器材料、尺寸参数对其发电能力的影响,根据压电材料的机电耦合方程和对换能器的力学理论分析,建立了Rainbow型压电换能器开路电压与输出电能的数学模型.对开路电压模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致.对输出电能理论模型的数值模拟分析表明,金属基片的宽度与厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会引起换能结构两片压电薄膜输出电能的降低;金属基片长度、压电薄膜宽度的增大将会引起两片压电薄膜输出电能的增加;压电薄膜长度、厚度的增大将会使得两片压电薄膜输出电能先增加后减小;铍青铜基片换能器要优于钢基片换能器;换能器弧形内侧压电薄膜的输出电能都要大于外侧压电薄膜.最后,结合Rainbow型压电换能器的力学分析给出了分析结果的合理解释.     

北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室成功承办中国力学学会第73次青年学术沙龙活动

中国力学学会第73次青年学术沙龙活动于2013年7月24日在北京举行。本次活动由中国力学学会主办,北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室承办。来自清华大学、北京大学、中国科学院力学研究所、中国科学院空间科学与应用研究中心、中国科学院工程热物理研究所、北京航空航天大学、北京工业大学、北京理工大学、哈尔滨工程大学、西安交通大学、北京计算科学研究中心以及中国运载火箭技术研究院、中国空间技术研究院等20多家单位80多位中青年学者参加了此次活动。本次青年沙龙开幕式由北京强度环境研究所副所长王梦魁主持,中国力学学会副秘书长周济福研究员作了讲话,他首先向本次沙龙的承办方北京强度环境研究所表示感谢,然后简单介绍了中国力学学会青年学术沙龙活动开展情况,指出沙龙主要是为青年学者提供一个学术交流和联络感情的平台,是一个开放式的平台,十年来受到了广大青年学者的欢迎和支持。     

超细粉碎加工技术现状

超细粉碎加工技术是一门涉及机械、材料、粉体工程以及力学等多学科领域的高新技术。本文主要介绍了超细粉碎加工中的粉碎以及分级技术，并从超音速气流粉碎技术的角度对其研究现状进行了分析。最后，概述了超细粉碎加工技术的应用前景。     

用最优化方法求解磁头浮动块稳态特性

用稳态分析方法确定硬盘磁头的稳态飞行参数，以满足性能和可靠性要求是磁头设计的重要方面。本文将磁头浮动块的稳态分析问题转化为非线性最小平方和问题，然后通过组合运用Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ方法和Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ策略求解。计算结果表明，文中运用的最优化方法在求解磁头浮动块稳态问题时是非常有效和可靠的     

双模量泡沫材料等效弹性模量的细观力学估算方法

目前常用的泡沫材料力学模型均不能反映出该材料的拉压双模量效应。因此,本文在分析泡沫材料拉、压变形力学机制的基础上,建立了一种可以反映泡沫材料拉压双模量效应新的细观力学模型,分别推导了泡沫材料等效拉伸和等效压缩Y oung′s模量的估算公式。此外,本文通过泡沫材料的单向拉伸、压缩试验,完成了泡沫材料拉压双模量效应的试验验证。估算公式的预测与试验结果的比较表明:理论估算公式的计算结果满足工程所要求的精度。     

超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究

空泡延迟效应在机动航行诱发的尾拍振荡中影响显著,是超空泡航行体的重要力学特性,在动力学建模中必须加以考虑。采用人工通气超空泡的试验方法,在西北工业大学高速水洞实验室开展了超空泡航行体连续变攻角测力试验研究,测量攻角与流体动力随时间变化历程来定量分析延迟时间特性。通过试验研究,获得了不同试验条件下变化的延迟时间;无量纲化的延迟系数与水速近似成线性关系,且随预置舵角的增大而增大;在试验采用的摆动频率中,摆动频率较大的工况,延迟系数较小。     

温度快速跟踪控制算法的研究与实现

生物芯片制作过程对温度有着很高的要求 ,与常见的温度控制系统相比升降温速度相差至少一个数量级 ,稳态精度高 ,要求系统具有良好的跟踪性能。因此常规的温度控制方案难以胜任。本文以预测控制为基础 ,在详细分析系统特性的基础上 ,通过试验对比 ,提出了一种系统控制方案 ,成功地解决了温度快速跟踪问题 ,实际控制结果超调量最大为 2℃ ,稳态精度为± 0 .3℃ ,升温速度可达 8℃ /s,降温速度可达 1 2℃ /s。     

金属切削中的Bridgman效应与Merchant切削方程式

本文运用经典力学与金属微观力学原理相结合的方法,分析了金属在切削过程中切削塑性变形的特点,证明了切削过程中的Bridgman效应较在一般材料试验中显著得多,在此基础上得到了关于Merchant切削方程式的新的评价与认识,指出了用Merchant切削方程式解释大量试验结果的可能性与合理性.     

平头压痕试验确定蠕变参数的一种新方法

利用压痕蠕变试验获取材料蠕变特性已得到了广泛的研究。然而大多数通过压痕法获得材料蠕变参数的方法都是数值方法,处理起来很不方便。本文通过研究压头尺寸对稳态压痕速率的影响规律,提出了由平头压痕试验确定稳态蠕变参数的一种新方法,并将其公式化。经验证该方法是可行的,而且可以有效地控制误差。