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相似文献
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1.
梁板结构埋入压电片的深度和厚度优化研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
根据梁的弯曲变形理论,以及压电材料的压电效应,对压电复合材料梁结构的应变和应力状态进行了分析。推导了压电材料埋入梁结构时其埋入深度和压电材料本身厚度的优化目标函数。根据优化目标函数,绘制出了在给定的基体材料和压电材料弹性模量比之下,压电材料的驱动力矩随埋入深度和压电材料厚度变化的三维曲面和等高线图,直观地表示出了埋入型压电材料智能结构获得最佳驱动力矩的配置方案。同时也分析了结构和压电材料两者的弹性模量之比对其结果的影响。结果表明,压电材料对于结构的作动力矩与其埋入基体材料的深度、本身厚度以及基体材料和压电材料的弹性模量之比都有着密切的联系。同时将结果也推广到了压电板结构,此时压电材料和基体材料的泊松比时其结果也有一定的影响。  相似文献   

2.
力学超材料(或超结构)因其独特的微观结构设计而展现超常的物理和力学特性.将力学超材料设计思想与智能柔性(简称智柔)材料相结合,可以制备出具有自感知和自驱动功能的智柔力学超材料(简称智柔超材料).本文对近年来智柔超材料的研究现状和进展进行了评述,分析了此类材料的基本设计思想、变形机理及力学特性,重点关注了基于形状记忆聚合物和水凝胶智柔超材料的设计原理和性能分析方法;阐释了先进制造技术为智柔超材料发展带来的机遇,并讨论了此类材料在设计和开发方面面临的关键问题以及未来发展趋势.  相似文献   

3.
为了探索具有优异吸能性能的软基体混合胞孔材料的力学性能,研究该类材料在多次冲击下的冲击响应和材料的可恢复性,对一种软基体混合胞孔材料—人工软骨仿生超材料(artificial cartilage foam,ACF)进行了不同速度下的单轴拉伸和压缩实验,得到了ACF材料在不同应变率条件下的应力-应变曲线。并利用落锤冲击实验机对ACF材料和另一种软基体混合胞孔材料—发泡聚丙烯材料(expanded polypropylene,EPP)进行了多次冲击下的对比测试,得到了2种材料在单次和多次冲击下的动力学响应。实验结果表明:ACF材料是一种应变率敏感的材料,随着应变率的提升,材料的弹性模量、抗拉强度和抗压强度均逐渐提高;在50 J 冲击能量作用下,ACF材料能够吸收96%以上的冲击能量,远高于EPP材料的70%,ACF材料具有更加优异的吸能性能;5次冲击后ACF材料的最大峰值力、最大变形量和吸能能力几乎不变。相比于EPP材料,ACF材料有良好的可恢复性,且具有稳定的多次抗冲击能力。这些研究为软基体混合胞孔材料在多次冲击防护中的应用提供了实验依据。  相似文献   

4.
空心材料导热性能预测研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
本文建立了一种预测空心材料导热性的方法。研究了空习材料的导热性。用柱形空心材料分析了体分比和孔洞的排列方式对整体材料导热性的影响,用圆柱形,方柱形空心材料和含裂纹材料,分析了空心形状对材料导热性的影响。同他人的实验结果和某些现有的理论模型比较表明,本文方法是有效的。本文的结果很好地解释实验结果。  相似文献   

5.
在传统双向渐进结构优化(BESO)方法基础上,充分考虑材料和结构的尺度关联性,基于均匀化理论将材料微结构胞元设计和宏观结构拓扑优化相结合,按照材料属性排序引入材料插值函数依次进行灵敏分析,建立周期性多相材料微结构布局及宏观结构拓扑并发优化设计方法。优化过程中,宏观结构受力的特性嵌入微观敏度生成过程,使得新型材料具备了特定宏观结构力学需求的更加轻型、高强的最佳力学性能;同时,微观材料胞元的等效材料属性又是宏观结构优化的基础材料,从而使得材料/结构具有尺度上的统一。相关算例说明该方法在解决多相材料微观分布优化和周期性多相材料微结构布局及宏观结构拓扑并发优化问题时具有边界清晰和收敛快等优点。  相似文献   

6.
本文建立了一种预测空心材料导热性的方法。研究了空心材料的导热性。用柱形空心材料分析了体分比和孔洞的排列方式对整体材料导热性的影响,用圆柱形、方柱形空心材料和含裂纹材料,分析了空心形状对材料导热性的影响。同他人的实验结果和某些现有的理论模型比较表明,本文方法是有效的。本文的结果能够很好地解释实验结果。  相似文献   

7.
负泊松比材料和结构的研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
任鑫  张相玉  谢亿民 《力学学报》2019,51(3):656-689
负泊松比材料和结构具有特殊的力学性能,在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀).其在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收和压陷阻力等方面比传统材料更有优势,因而负泊松比材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域有广泛的应用前景,但目前负泊松比材料的应用与普及仍面临一些挑战.本文广泛讨论了国内外关于负泊松比材料的研究成果并介绍了负泊松比材料的最新进展,将负泊松比材料大体概括为以下4类:天然负泊松比材料、胞状负泊松比材料、金属负泊松比材料、多重和复合负泊松比材料.主要介绍了各种负泊松比材料的内部结构、负泊松比机理、力学性能以及在各行各业的新发明、新应用.针对目前负泊松比材料研究理论和实验成果多,而实际应用仍然较少的情况,指出了负泊松比材料的缺点及其推广所面临的挑战.目前负泊松比材料面临的主要问题是制造成本高、孔隙率大而承载力不足以及仅适用于小应变情况等.本文针对此情况详细介绍了金属负泊松比材料及其设计和制作的方法,改善负泊松比材料的不足并推广其应用.   相似文献   

8.
负泊松比材料和结构具有特殊的力学性能,在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀).其在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收和压陷阻力等方面比传统材料更有优势,因而负泊松比材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域有广泛的应用前景,但目前负泊松比材料的应用与普及仍面临一些挑战.本文广泛讨论了国内外关于负泊松比材料的研究成果并介绍了负泊松比材料的最新进展,将负泊松比材料大体概括为以下4类:天然负泊松比材料、胞状负泊松比材料、金属负泊松比材料、多重和复合负泊松比材料.主要介绍了各种负泊松比材料的内部结构、负泊松比机理、力学性能以及在各行各业的新发明、新应用.针对目前负泊松比材料研究理论和实验成果多,而实际应用仍然较少的情况,指出了负泊松比材料的缺点及其推广所面临的挑战.目前负泊松比材料面临的主要问题是制造成本高、孔隙率大而承载力不足以及仅适用于小应变情况等.本文针对此情况详细介绍了金属负泊松比材料及其设计和制作的方法,改善负泊松比材料的不足并推广其应用.  相似文献   

9.
一个描述脆性材料非线性行为的损伤力学模型   总被引:1,自引:0,他引:1  
杨帆 《力学学报》1995,27(6):681-690
提出了一个分析和描述脆性材料各向异性损伤的宏观力学模型。在小变型的情况下,利用损伤面和损伤势的概念以及材料性能和材料受损后的弹性响应取决于损伤变量而与加载路径无关的假设,文中导出材料弹性损伤的一般本构关系及联系材料系数与损伤面和损伤势的表达式。当损伤面和损伤势的构造确定后,建立了损伤变量的演变方程和材料性能的变化规律。文中以两种具体材料为例说明该理论模型的应用.  相似文献   

10.
含能材料装药的损伤及力学性能研究进展   总被引:15,自引:0,他引:15  
陈鹏万  丁雁生  陈力 《力学进展》2002,32(2):212-222
研究含能材料的损伤和力学性能对于指导含能材料配方和结构件设计,以及对含能材料进行安全性评估和寿命预测等都具有重要的意义.损伤一方面使含能材料的力学性能劣化,另一方面还影响含能材料的感度、燃烧甚至爆炸性能.本文对含能材料损伤和力学性能的研究现状进行了综述和归纳.对含能材料损伤的产生、实验模拟、主要损伤模式,损伤对含能材料的感度和燃烧性能等的影响,炸药单相材料的性质,影响含能材料力学性能的因素以及损伤本构关系等进行了介绍.对其中的一些关键问题和热点问题进行了分析,并对今后需要开展的工作发表了一些看法.   相似文献   

11.
骨组织内的流体流动不仅为骨细胞的生存提供了充足营养供应及代谢物排放途径,也在骨重建过程中起到关键作用. 为了更精确地阐明骨内液体流动的具体形式,这项研究利用骨陷窝-骨细胞的密度,形态和方向等参数来计算骨单元内液体的流动行为. 首先,计算出不同形状和方向的骨陷窝周围骨小管的数量及分布情况,其次利用算出的参数以及骨组织其他微结构数据来估计骨组织的渗透率和孔隙率等参数,最后根据计算所得的参数建立骨单元的多孔弹性力学有限元模型,并分析了在轴向位移载荷作用下骨陷窝形状和方向对骨单元内液体渗流行为的影响. 结果表明,在所研究的参数范围内不同骨单元模型的相同区域上,骨陷窝形状影响下的骨单元最大压力和流速比最小的分别增加了86%和18%;骨陷窝方向影响下的最大压力和流速比最小的分别增加了125%和56%. 伸长形骨陷窝对单个骨单元局部压力的影响远大于扁平形和圆形骨陷窝. 骨陷窝从0°绕$x$轴旋转到90°过程中压力是逐渐降低的,且30°,45°和60°的模型对骨单元内局部流速有显著影响. 该模型表示骨陷窝的形状和方向以及骨小管的三维分布对骨单元内液体压力和流速幅值及沿不同方向的流动差异有显著的影响. 这项研究将有助于精确量化描述骨内液体的流体行为.   相似文献   

12.
In this paper,the nonlinear dynamic behavior of a string-beam coupled system subjected to external,parametric and tuned excitations is presented.The governing equations of motion are obtained for the nonlinear transverse vibrations of the string-beam coupled system which are described by a set of ordinary differential equations with two degrees of freedom.The case of 1:1 internal resonance between the modes of the beam and string,and the primary and combined resonance for the beam is considered.The method of multiple scales is utilized to analyze the nonlinear responses of the string-beam coupled system and obtain approximate solutions up to and including the second-order approximations.All resonance cases are extracted and investigated.Stability of the system is studied using frequency response equations and the phase-plane method.Numerical solutions are carried out and the results are presented graphically and discussed.The effects of the different parameters on both response and stability of the system are investigated.The reported results are compared to the available published work.  相似文献   

13.
Cells establish and modulate their morphology and mechanics through the use of structural networks whose components range in size from a few nanometers to tens of micrometers. Over the past two decades, an exciting suite of sophisticated micro- and nanoscale technologies has emerged that permits investigators to directly probe structural and functional contributions of these components in living cells. Here we review underlying principles and recent applications of four such approaches: atomic force microscopy, subcellular laser ablation, micropatterning, and microfluidics. Together, these new tools are offering valuable insight into the molecular basis of cell structure and mechanics and revealing the remarkably broad influence of the mechanical microenvironment on many aspects of cell biology.  相似文献   

14.
航天柔性结构振动控制的若干新进展   总被引:100,自引:4,他引:100  
围绕航天柔性结构的振动控制,从结构及材料的数学模型、材料及器件、基本理论与方法和一体化振动控制几个方面对一些研究的最新进展进行了介绍.主动控制和被动控制的一体化技术研究是当今航天柔性结构振动控制研究的重点,两种控制方法的结合不仅优点互补,而且提高了控制系统的性能.控制用材料和器件的研究在工程应用的推动下,也取得了较快的发展,并促进了振动控制技术的实用化  相似文献   

15.
土、岩及混凝土是一种内部结构极其复杂的材料,内部细观组成和结构决定了它们在外力作用下内部应力和应变等物理场的分布状态,在很大程度上控制了它们的宏观力学响应和破坏机理和过程。自1995年以来,数字图像处理技术作为一种材料细观空间结构及几何形态的精确量测和数字表述手段快速地被应用于沥青混凝土、水泥混凝土、土和岩体材料细观结构定量分析中来。本文在研究相关文献的基础上,分析和研究了数字图像技术在土、岩及混凝土内部结构定量分析和力学数值计算中的发展过程和研究成果,内容包括:单个骨料颗粒形态特征定量分析;土、岩和混凝土内部结构定量分析;岩体结构定量分析中的应用;基于数字图像处理的土、岩和混凝土细观结构力学计算。在此基础上,本文进一步对数字图像技术在岩土领域中的应用进展及未来的发展趋势进行了探讨,认为数字图像作为一种空间分布测量手段和数字表述方法使得它具有巨大的潜力,特别是在岩土领域的纵深发展过程中,它可能实现考虑细微观结构性的岩土力学和工程分析和预测的、新的方法和理论。  相似文献   

16.
航天器动力学与控制的研究进展与展望   总被引:6,自引:0,他引:6  
开展航天器动力学与控制的研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用, 其目的在于发展有效的方法促使航天器在各阶段平稳可靠地运行. 航天器技术发展迅速, 其形式日趋多样化, 功能与构造日趋复杂,已经向大型空间站、微小卫星、深空探测等方向发展. 航天器结构表现出多耦合、非线性、极端外界环境, 以及大尺度柔性结构等特征, 由此激发起航天器动力学与控制领域各方向的深入研究. 航天器动力学与控制的研究方法覆盖理论分析、数值仿真, 以及实验模拟等诸多方面, 研究内容十分丰富. 本文概括介绍了近年来航天器动力学与控制研究方面的发展状况, 综述了跨航天器动力学与控制、航天器系统级动力学与振动控制、航天器部件级动力学与振动控制等航天领域中的若干基础问题. 内容主要集中于航天领域中不同应用范围、不同层次结构的航天器动力学模型的建立和动力学响应与振动控制的研究方法及已取得的成果. 最后, 提出了该领域中值得进一步考虑的科学问题及未来的发展方向.   相似文献   

17.
This work is a theoretical study on the effects of agglomeration on the fluidity and plasticity of a suspension of neutrally buoyant particles in a Newtonian fluid. The dynamics of a cluster of permanently attached spherical particles in a simple shear field is analyzed. The viscous and plastic components of the drag force acting on each of the agglomerated particles is then calculated and found to depend on the size of the individual particle unit, its location being relative to the center of the cluster and the material properties of the engulfing fluid. This information in conjunction with the knowledge of the interparticle cohesive forces is used to establish criteria for the agglomerate size reduction during dispersive mixing. From the kinematics of the cluster movement and the forces acting on its particulate components the rate of energy dissipation is calculated and utilized to evaluate the viscosity and yield stress of the suspension. These rheological parameters depend on the volume fraction and architecture of the agglomerate, the number of fused particles per cluster, and the viscosity of the suspending fluid. The analysis is also extended to include the case of polydispersity of agglomerate sizes.  相似文献   

18.
Continuous ultrasonic devulcanization of ground tire rubber (GRT) and styrene-butadiene rubber (SBR) is considered. Experiments are performed under various processing conditions. Two recipes of SBR with different amounts of polysulfidic linkages are utilized. Gel fraction and crosslink density of devulcanized rubbers are measured and a unique relationship between them is established. Die characteristics with and without imposition of ultrasonic waves are determined. Devulcanized samples are revulcanized and mechanical properties are measured. In some cases, properties of revulcanized SBR samples exceeded those of virgin vulcanizates. This is explained based on the presence of a double network in the revulcanized rubber. A modification of acoustic cavitation and flow modeling of ultrasonic devulcanization of SBR and GRT is proposed using a concept of effective viscosity characterizing the flow of vulcanized particles before devulcanization combined with a shear rate, temperature and gel fraction-dependent viscosity of devulcanized rubber. Velocity, shear rate, pressure, and temperature field along with gel fraction, crosslink density and number of bonds broken are simulated. Predicted data on gel fraction, crosslink density, and pressure using the present modification of the model are found to be closer to experimental data then previously reported.Dedicated to the memory of Professor Tasos C. Papanastasiou  相似文献   

19.
During subsurface transport, reactive solutes are subject to a variety of hydrological, physical and biochemical processes. The major hydrological and physical processes include advection, diffusion and hydrodynamic dispersion, and key biochemical processes are aqueous complexation, precipitation/dissolution, adsorption/desorption, microbial reactions, and redox transformations. The addition of strongly reduced landfill leachate to an aquifer may lead to the development of different redox environments depending on factors such as the redox capacities and reactivities of the reduced and oxidised compounds in the leachate and the aquifer. The prevailing redox environment is key to understanding the fate of pollutants in the aquifer. The local hydrogeologic conditions such as hydraulic conductivity, ion exchange capacity, and buffering capacity of the soil are also important in assessing the potential for groundwater pollution. Attenuating processes such as bacterial growth and metal precipitation, which alter soil characteristics, must be considered to correctly assess environmental impact. A multicomponent reactive solute transport model coupled to kinetic biodegradation and precipitation/dissolution model, and geochemical equilibrium model can be used to assess the impact of contaminants leaking from landfills on groundwater quality. The fluid flow model can also be coupled to the transport model to simulate the clogging of soils using a relationship between permeability and change in soil porosity. This paper discusses the different biogeochemical processes occurring in leachate-contaminated soils and the modeling of the transport and fate of organic and inorganic contaminants under such conditions.  相似文献   

20.
We study networks of coupled oscillators governed by ODEs and yielded by physically validated sets of a few PDEs governing dynamics of structural members (plate and beams), chaos and phase synchronization and contact/no-contact non-linear dynamics of structural members coupled via boundary conditions. We have detected, illustrated and discussed a few novel kinds of hybrid states of the studied plate-beam(s) contact/no-contact interactions as well as novel scenarios of transition into chaos exhibited by the interplay of continuous objects. Classical (time histories, phase portraits, Poincaré maps, FFT, Lyapunov exponents) and non-classical (2D Morlet wavelets) approaches are used while monitoring non-linear dynamics of the interacting spatial structural members. Our results include examples from structural mechanics and the studied objects are modelled by validated mechanical hypotheses and assumptions. Novel non-linear phenomena including switching to different vibration regimes and phase chaotic synchronization are illustrated and discussed.  相似文献   

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