铁电超晶格中畴变导致的可恢复大电致应变（英文）

铁电超晶格由于其独特的机电耦合特性而得到了广泛的研究。在不同的双轴错配应变下,铁电超晶格表现出不同的畴结构和机电耦合特性。本文采用三维相场模型研究了不同双轴错配应变下PbTiO_3/SrTiO_3(PTO/STO)超晶格的畴演化和机电性能。相场模拟结果表明,外加电场作用下铁电超晶格在堆叠方向上表现出较大的电致应变。在较大的错配压应变下,厚度为4 nm的铁电层中会出现涡旋畴。在外加大电场作用下,涡旋畴变为稳定的c畴,去除电场后c畴依旧保持。当错配压应变逐渐减小时,无外电场下的初始涡旋畴会变为波浪畴或a1/a2畴。此时,大电场作用下完全极化后的c畴在电场变小后会转变为对角线方向畴或a/c畴。此外,当对超晶格施加双轴拉应变时,铁电畴能够翻转回初始的a1/a2类孪晶畴结构,从而产生可恢复的大电致应变。本文研究提供了获得可恢复大电致应变的有效途径。     

GH706晶格错配的非线性超声检测

研究镍基高温合金GH706微观结构中晶格错配的非线性超声检测可行性。对经过固溶、稳定化、时效处理的合金进行金相、SEM、TEM检测,对不同热处理制度下GH706的平均晶粒尺寸进行定量提取,对共格界面类型进行定性分析;测量硬度,分析固溶强化及共格应变对硬度的影响;进行非线性超声检测,计算非线性系数,比较非线性系数、硬度、相界结构类型之间的关系。结果表明:时效强化为合金硬度主要影响因素时,非线性系数与硬度之间存在强相关性;非线性系数对晶界结构变化敏感,时效处理过程中的晶格错配是超声非线性的主要来源;非线性系数随着晶格错配程度的增加而增大,在非共格界面时达到峰值,随后逐渐下降。非线性超声检测技术可用于GH706晶格失配的定性无损评价。     

复合纸板力学性能和应变率相关性测试与表征

为了研究复合纸板材料在不同应变率下的力学响应,利用万能材料试验机和高速率拉伸试验机进行了准静态和动态拉伸试验,同时利用高速摄像机和数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)记录拉伸破坏过程和应变场。试验结果显示,纸板材料的拉伸力学性能和破坏机制具有明显的应变率相关性。随着应变率的增大,材料的拉伸强度显著增大,断裂应变在中应变率范围内也表现出明显的应变率效应。对比试验结果和3种应变率效应比表征模型的拟合结果,基于Cowper-Symonds表达式的表征模型,能够很好地描述纸板材料在中低应变率下的应变率效应。该模型对薄壁纸管能量吸收性能的模拟和理论研究,以及冲击防护结构设计提供了理论支撑。     

空间大挠度梁的有限元动力学响应分析

从弹性梁的非线性应变位移关系出发,结合Hamilton变分原理推导出了作大挠度振动的空间梁的动力学有限元方程。方程中考虑了与变形相耦合的非线性惯性项。计算表明,作大挠度振动的悬臂梁的响应是由不同的谐波成分组成;在相同结构阻尼影响下,大挠度梁的稳态振幅比线性情况下的稳态振幅要低;非线性惯性项与弯扭耦合项对系统的动力学特性有比较明显的影响。     

压电驱动自耦合射流流动特性实验

为了研究压电驱动狭缝喷口自耦合射流的流动特性,采用PIV、热线风速仪测试手段,对自耦合射流激发器在不同激励因素下的流场和速度场分布进行了实验和分析.结果显示,自耦合射流在狭缝出口处产生了反向涡对,随着自耦合射流的发展,射流呈现出在喷口短轴方向急剧向两侧扩展、而在喷口长轴方向先收缩后缓慢扩展的流动特征;自耦合射流的速度分布在法线方向呈现先上升后下降的趋势,在z/b=10左右速度达到最大值;在射流展向上,短轴方向速度呈规律的对称分布和速度自模的特征,而长轴方向速度近喷口区域呈现马鞍状分布,随着法向距离增加这种趋势消失.研究中发现,激发器存在两个谐振频率,在谐振频率激发下自耦合射流的速度和涡量比较大.与常规射流相比,自耦合射流显示出了独特的流动特性.     

基于粒子群—克里金法的筒段应变场重构与载荷位置识别

针对可重复运载器箭体、燃料贮箱以及飞机机身等筒段类结构健康监测需求,本文提出了一种基于高密度弱反射光纤光栅传感器的筒段结构应变场重构与载荷位置辨识方法.借助ABAQUS有限元仿真软件,得到筒段壁面在载荷作用下的应变场分布特性.研究了基于粒子群—克里金法的壁面应变场重构算法,提升了应变场重构精度.构建了筒段壁面应变场分布...     

绕水翼超空化阶段汽液混合体动态特性的实验观测

为深入了解超空化流动机理,采用高速录像和数字粒子图像测速系统( DPIV)对绕hydronautics水翼的超空化流场进行了观测.结果表明:在两相共存超空化阶段,水汽混合相和汽相的分布决定了超空化区域速度场和涡量场的分布特性;水汽混合区的速度相对较低,而汽相区则与主流区有着相近的速度分布,而且空化区与主流区交界面处有着较大的速度梯度;在水汽混合区与主流区的交界处形成了上下涡带,其涡量分布表现出了明显的时间依赖性.     

双输出移相配电变压器抑制输出电压畸变特性

探讨了双输出移相配电变压器抑制输出电压畸变的机理,对变压器谐波阻抗与绕组结构之间的关系进行了研究。通过建立双输出移相变压器的场路耦合模型,对两种不同形式的变压器(双输出移相变压器和Dyn连接变压器)输出电压的谐波特性进行了分析计算,研究结果表明:由于双输出移相变压器可以抑制3倍次、5和7次谐波电流,因此对应的3倍次、5和7次谐波阻抗较低,在带非线性负载情况下输出电压的畸变得到明显改善。     

电热除冰的热力耦合特性及其对冰层的影响研究

采用计算和实验相结合的方法,初步研究了电热除冰过程中的热力耦合特性及其对冰层的影响.在电加热条件下,耦合外部气动力载荷的作用,采用有限元方法计算了不同热流密度下表面冰层和蒙皮间界面法向和切向应力的分布,比较了加热/不加热条件下界面法向和切向应力分布的差别,研究了冰层最大主应力随热流密度的变化规律.研究发现,电加热条件下,在表面冰层融化前,热力耦合特性将造成冰层内部应力的显著增加,从而 造成冰层局部区域的破裂,加速冰层的破坏.同时,设计的原理性实验结果验证了热力耦合特性对冰层的破坏影响.研究结果对于电热除冰理论和除冰技术的发展有现实意义.     

考虑夹杂间相互影响的颗粒增强两相复合材料等效热膨胀系数预测

基于热-机械载荷联合作用下两相颗粒复合材料的热力学响应特性,推导得到了材料的宏观等效热膨胀系数,给出的表达式中完全考虑了夹杂之间的相互影响,因此适用于大体积分数的复合材料体系.此外,还给出了在热-机械载荷联合作用下代表性体积单元(Representative volume element,RVE)、夹杂和基体中体积均匀化应力场和应变场的具体分布形式.本文的预测结果与已有的实验数据吻合很好,说明了该模型的有效性.     

基于Simulink的某型无人直升机舰面悬停特性分析

应用Matlab/Simulink对单旋翼带尾桨直升机在舰船尾流场中悬停时的平衡特性进行建模和仿真分析.首先采用CFD软件计算SFS2舰在不同风速和风向下尾部甲板上方的流场.然后将其与旋翼流场相耦合,在Simulink软件中建立单旋翼带尾桨直升机舰面起降飞行动力学模型,应用Simulink线性分析工具箱,对某型无人直升...     

弹穴流动特性高速风洞试验研究

在分析了弹穴3类流动的基础上,利用风洞试验着重研究了弹穴的几何参数(L/D、W/D、δc、δh)以及飞行参数(M)与弹穴内流场结构间的耦合关系,获得了亚跨超声速来流条件下弹穴底面中心线上的压力分布及弹穴流动特性.研究表明:弹穴长深比(L/D)是影响弹穴流动类型和流动特性的关键因素,W/D、δc、δh和M对弹穴的流动类型和流动特性也有一定的影响;开式穴流动弹穴流场较稳定,压力分布较均匀,有利于内埋武器安全平稳地分离.     

Taylor-Couette流场特性的PIV测量及数值模拟

采用粒子成像速度场仪(PIV)和数值模拟(CFD)对Taylor-Couette 流场进行测量,获得各转速下涡流场信息。将同等条件下PIV测量结果与数值模拟结果相联系,对比分析不同旋转雷诺数范围内涡流场中不同径线和中轴线上各向速度的变化特征。结果表明,各种特征存在一定的转速分段范围:在2~7r/min(Re为100~350)时,各向速度特征为层流涡特性,在7~40r/min(Re为350~2000)时,各向速度特征为波状涡特性,在40~60r/min (Re为2000~3000)时,各向速度特征为调制波状涡特性,当转速大于60r/min(Re大于3000)时,各向速度特征为湍流涡特性。根据不同角度获得的各向速度特征对应的内筒转速、旋转雷诺数与流场涡形态的关系,明确分析出特定几何条件下,泰勒涡发生形态转变的旋转雷诺数,以便于深入探究泰勒涡流场的特性,定量分析涡运动形态特征。     

金属磁记忆检测技术的物理机理

对目前存在的关于金属磁记忆检测技术物理机理的几种学说进行了试验研究和分析.研究了在地磁环境下拉伸速度对应力磁效应的影响、环境磁场对应力磁效应的影响和环境磁场对应力一应变的影响.分析了应力作用下的应变磁化理论、应力和磁场作用的等效理论和应力能作用的能量平衡理论.研究结果表明,在地磁环境下应力作用的电磁感应原理对应力磁效应的影响很小、环境磁场与应力磁效应有关、环境磁场与应力应变效应无关.推断应力磁效应是应力和环境磁场共同作用的结果,是应力通过对材料的微观结构和磁畴特征的影响引起的.     

高应变率及各向异性对航空铝合金7050拉压不对称性的影响分析（英文）

采用霍普金森拉杆及压杆装置,分别在1 000、2 000和4 000 s-1应变率下对3个典型成型方向(轧向RD、横向TD和法向ND)进行霍普金森动态拉伸和压缩实验,借助扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、金相显微镜观察(Metallographic microscope)及电子背散射衍射(Electron backscatter diffraction,EBSD)从微观角度进行分析,研究高应变率及各向异性对航空铝合金7050拉压不对称性的影响。结果表明:拉伸和压缩表现出明显的不对称性,具体为拉伸时材料屈服强度明显大于压缩时的屈服强度;并且随着应变率的增加,拉伸/压缩的弹性阶段的不对称性越来越弱,强化阶段不对称性越来越强。同一应变率下,不同取向下拉伸/压缩的流变应力的变化趋势不同,这与晶粒的受力方向有关。通过EBSD晶粒取向分析和原材料织构极图分析,发现拉伸/压缩的晶粒细化程度差距越大,进而导致宏观流变应力差距较大。     

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三雏特性,二雏有限元法难以适用.而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦舍仿真目前还不现实,本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律.利用三雏瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值.根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段.     

基于变换法的三角波阻容耦合PWM控制器非线性分析

经阻容耦合的三角波载波信号会影响PWM控制器的传输特性。为研究阻容耦合后耦合信号的变化及其对PWM控制器传输特性的影响,通过对模型电路的分析并运用拉普拉斯(Laplace)变换方法求解出了三角波信号激励下阻容耦合电路的时域响应,再由具体数据仿真得出耦合参数对耦合效果和PWM控制器传输特性的影响并分析了产生这些影响的原因。通过仿真实验发现耦合电容取值偏小时,会导致耦合效果差,耦合波形失真严重,PWM控制器的传输特性变得非线性,从而使得PWM控制器的输出与期望偏差较大,不能满足要求,同时,耦合电路的时间常数偏小,也会使耦合效果差,影响PWM的传输特性。最后,还给出了工程应用中耦合电容和时间常数的参考值选择。     

探针支杆尾迹对压气机转子叶片振动特性的影响研究

针对某轴流压气机试验中出现的第一级转子叶片振动应变信号突增现象,开展了不同构型探针支杆尺寸对压气机转子叶片振动特性影响的对比试验.通过对比不同构型探针支杆尺寸、不同安装布局下转子叶片振动信号的变化,证实了进口探针支杆尺寸是诱发转子叶片异常振动的主要原因.同时采用流固耦合数值模拟方法,分析了探针支杆尾迹诱发转子叶片共振的...     

ANSYS在风洞天平设计中的应用

用传统的材料力学方法设计应变天平时要作较大的简化。笔者应用有限元分析软件ANSYS对风洞天平进行结构计算,得到天平在各种载荷作用下的应变场和位移分布,从而计算得到天平各测量元件的应变值和刚度,最后将ANSYS计算的各载荷作用下的应变值与材料力学计算值作了比较。     

基于场路耦合方法的永磁同步电机温度场研究

针对永磁同步电机温度场精确求解问题,提出了一种场路耦合法来计算电机的温度场.以一台永磁同步电机为研究对象,利用MATLAB/Simulink搭建电机的控制策略,再通过有限元分析软件ANSYS Maxwell和ANSYS Simplorer搭建电机的二维电磁场模型和控制电路模型组成场路耦合模型.基于场路耦合模型计算电机的...