功能梯度形状记忆合金Timoshenko复合梁的热⁃力学行为

基于Timoshenko梁理论,详细研究了功能梯度(Functionally graded,FG)形状记忆合金(Shape memory al-loy,SMA)复合梁的热?力学行为.考虑SMA纤维体积分数按幂律函数沿梁厚度方向呈连续梯度变化,并给出了相应的等效参数.采用复合材料层合板理论,建立了可直接积分求解的控制微分...     

曲线纤维复合材料后掠机翼的颤振特性优化

曲线纤维铺层是制造变刚度复合材料层合板的一种新技术,本文以12层曲线纤维复合材料后掠机翼为研究对象,研究了不可压缩流动中后掠机翼的颤振特性优化,分析了纤维方向、优化层数和铺层厚度对颤振特性的影响。数值仿真中分别采用有限元法和高阶面元法建立后掠机翼的结构模型和气动力模型,利用VG法求解后掠机翼的颤振边界。计算结果表明,后掠机翼全部铺层采用曲线纤维时优化后颤振速度,比仅最外层采用时提高31.1%,比全部铺层采用直线纤维时优化后颤振速度提高14.3%。铺层全部采用二维方向可变曲线纤维时的颤振速度比一维角度可变的颤振速度仅提高1.7%,证明纤维方向沿展向可变对颤振边界影响更大。纤维方向和厚度共同优化时,在不改变后掠机翼总厚度的情况下可使后掠机翼的颤振速度再次提高5.4%。研究表明,采用曲线纤维进一步提高了复合材料层合板的可设计性,通过调整曲线纤维路径可以明显改变复合材料后掠机翼的颤振特性。     

功能梯度形状记忆合金材料的热力学行为

功能梯度形状记忆合金（Functionally graded shape memory alloy,FG SMA）兼备功能梯度材料和形状记忆材料的双重特性,近年来已经引起科学界的广泛关注。本文根据复合材料力学理论,对功能梯度形状记忆合金复合材料层合板的本构关系进行研究,讨论了变温作用下不同铺层中嵌入形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA）夹杂的功能梯度SMA复合材料层合板的热力学行为。数值结果与已有文献报导的研究结果基本一致,且本文研究表明：SMA夹杂嵌入在不同铺层中以及具有不同体积分数的情况下材料展示了不同的热力学行为。     

层合阻尼薄板之各向异性参数对损耗因子的影响分析

运用各向异性层合阻尼结构理论分析方法和正交试验等分析方法。着重考察了各层纤维铺设角度。纵、横剪切模量和纵、横拉伸模量等各向异性参数对各向异性层合阻尼薄板阻尼性能参数——损耗因子的影响。结果表明：各向异性参数在不同的模态下对层合阻尼薄板损耗因子的影响力不同，其中。各向异性层纤维铺设角度的影响较为复杂。其影响力在不同层合阻尼结构、不同的模态下差异较大；而纵、横剪切模量、纵、横拉伸模量的影响力随着模态的升高逐渐增大。此外，通过对各向异性参数的变化影响进一步分析表明：各向异性参数的变化影响各有特点，具有结构优化的潜能。     

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...     

压电类智能梁元的力学特性及最优控制

本文分别从压电的传感器和驱动器的力学和电磁学特性入手,详细地描述了带有反馈装置的表面铺设传感器和驱动器的智能梁的力学特性,给出了其微分方程;同时,根据有限元理论,推导了智能梁离散系统的动态微分方程及能量方程在理论分析的基础上,对反馈装置带来的控制力进行优化分析,尽可能地提高了驱动器的使用效率。     

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。     

环形液池浮力-热毛细对流表面振荡现象的临界温差

对于上部开口的环形液池,加载径向温度梯度将使气液接触面上表面张力分布不均匀,耦合于地面的重力作用,将会驱动薄层流体形成浮力-热毛细对流.当径向温度差△T达到某一临界值△Tc时,一定厚度的液层表面就会出现具有一定规律的振荡现象.实验采用高精度激光位移传感系统,测量了液池表面某点位移随液层厚度h和径向温差△T的变化曲线,讨论了浮力-热毛细对流表面振荡的临界温差及两种驱动力的耦合问题,进行了表面畸变参数的无量纲分析,考虑了起始环境温度对临界温差的影响,推导了振荡相对较强时液层的厚度范围.     

层合复合材料边缘应力的确定

本文对用16层纤维增强材料对称铺设成的试样,在轴向载荷和热载下的应力分布作了计算。虽然沿轴向应力假定为常数,但在体积元素中必需包括层间剪应力和剥离应力。然而,系统矩阵的自由度数和带宽能保持比较低。计算结果表明,在铺层分界面上有十分明显的应力峰,並发现,即使沿铺层厚度使用16个二次元素,这些值仍没有达到令人满意的精度。由于这样的收敛性能,推测在这些点可能发生无限大的应力。本文应用子结构方法分析了少量具有不同铺设顺序的例子。比较这些分析结果,得到了一种产生小边缘应力的铺设顺序。     

一种新的考虑界面特性的珊瑚骨料混凝土三维细观建模方法（英文）

在三维随机骨料-砂浆两相细观模型的基础上,采用C++编程识别出骨料单元和砂浆单元的界面节点位置信息,在该位置处对节点离散并插设零厚度cohesive单元,之后基于断裂力学理论的裂纹能量释放率断裂准则赋予骨料-砂浆界面过渡区的失效准则,最后生成了三相有限离散元细观力学模型,成功模拟了珊瑚骨料混凝土在单轴压缩下细观裂纹扩展及宏观力学行为,表明基于该有限离散元研究方法构建的细观力学模型对模拟珊瑚粗骨料混凝土受压性能具有较好的适用性。     

具有面内剪切非线性复合材料层析的1／4亚谐共振

利用Ｖｏｎ Ｋａｒｍａｎ薄板大挠度理论和Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ本构方程研究了四边简支,一对边受压缩动载荷的（０／９０）ｓ对称铺设正交各向异性矩形层合板的参数振动问题,利用奇异性理论着重讨论了１／４亚谐共振时板的各种可能的分叉行为,分析了面内剪切非线性特性对参数共振和分叉曲线的影响,得到了一些新结果。     

具有面内剪切非线性复合材料层板的1/4亚谐共振

利用Ｖｏｎ Ｋａｒｍ ａｎ 薄板大挠度理论和Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ本构方程研究了四边简支、一对边受压缩动载荷的（０／９０）ｓ 对称铺设正交各向异性矩形层合板的参数振动问题。利用奇异性理论着重讨论了１／４ 亚谐共振时板的各种可能的分叉行为,分析了面内剪切非线性特性对参数共振和分叉曲线的影响,得到了一些新结果。     

基于位移等效的复合道面PCN计算方法

为了对复合道面承载力进行合理的评估,研究了 现行规范中复合道面等级号(Pavement classification number,PCN)计算方法,分析场道承载力的影响因素,确定了进行厚度折算的位 移等效原则。通过设计正交试验,经大量有限元试算,回归得到了复合道面厚度折算公式, 最后就各因素对厚度折算的影响规律进行了讨论。结果表明：复合道面PCN计算时,可按位 移等效原则将复合道面简化为一当量厚度的单层刚性板;道面混凝土厚度是影响PCN计算结 果的最关键因素。不同厚度折算计算方法会导致计算的PCN值差异较大;沥青混凝土厚度对 厚度折算结果的影响最为显著。     

横观各向同性功能梯度板的热弹性Navier解

本文利用推广后的Main和Spencer功能梯度板理论,研究了横观各向同性功能梯度简支矩形板在温度场作用下的热弹性响应。材料常数沿板厚可以任意连续变化,温度场为在板厚度方向上热传导产生的稳态温度场。将板的中面位移用双重三角级数展开并代入控制方程,利用板的柱面边界条件确定含有的待定常数。最终获得了横观各向同性功能梯度板在温度场作用下的热弹性Navier解。通过数值算例分析,讨论了板的几何尺寸变化、材料的梯度变化程度和不同表面温度等因素对功能梯度板热弹性响应的影响.     

CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

MTPS金属蜂窝夹芯结构尺寸效应的数值分析

金属蜂窝夹心结构是可重复使用金属热防护系统的主要子结构,优化其结构参数,是提高设计质量的重要环节。根据修正Gibson公式与最小势能、余能原理推导出蜂窝夹芯层的9个等效弹性参数。考虑金属蜂窝夹心结构总质量与沿厚度方向的挠度值多指标要求,采用有限元正交数值迭代模拟方法,对结构的尺寸效应进行分析,并优选出良好的结构参数。分析结果表明：影响最大的结构参数依次为金属蜂窝的高度、蜂窝的壁厚、面板厚度及蜂窝内切圆直径。     

湿热环境对正交铺设层合剪切板自由振动及动力响应的影响

基于Reddy高阶剪切变形板理论，用双重Fourier级数展开法求得了材料物性参数受湿热环境影响的四边简支纤维增强正交铺设层合剪切板的自由振动及动力响应的解析解，并讨论了湿热环境及纤维体积含量对固有频率及动力响应的影响。     

用杂交元分析层合板壳热弹性

本文基于Hellinger-Reissner变分原理,导出了适用于层合板壳热弹性分析的应力杂交元模型,单元有较少的应力参数和坐标不变性。此外,为了考虑横向剪切变形的影响,本文又在Reissner-Mindlin型假设的基础上,提出了分段直线假设,即将层合板壳沿厚度方向分成若干段,每段包含有若干层,然后作若干段直线假设。这样处理既提高了精度,又不过多地增加计算工作量。数值结果表明,本单元性能是好的,分段直线假设是有效的。     

纤维金属层板层间应力理论模型及实验验证

探究并建立纤维金属层板中的金属与复合材料的热膨胀系数不匹配而导致的制件界面处产生的较大的层间应力的数学模型.首先通过控制简单非对称纤维金属层板三维各向尺度的变化,得到各向尺度变化对纤维金属层板层间应力的变化影响规律,并根据所得规律简化了纤维金属层板的力学结构模型.基于弹性力学和理论力学对设置的力学模型进行分析,得出了单...     

纤维增强复合材料宏细观传热分析

利用有限元单胞方法,通过对复合材料结构进行多尺度建模,分析了复合材料的传热性能,讨论了不同因素对于复合材料热传导性能的影响。首先采用有限元单胞法获得单层板的热物理性能,再根据具体铺层次序获得多层板的热物理性能,最后针对一种实际使用的航天复合材料支架结构进行了防热和承载能力的计算和试验。结果表明,复合材料单层板的热传导性能呈各向异性,沿纤维方向的热导系数与纤维体积比呈线性关系,垂直纤维方向的热导系数与体积比呈非线性关系,计算结果与试验结果吻合较好,文中采用的方法可用于复合材料结构的导热计算。