非比例加载下两相介质弹塑性特性的有限元分析

在Ｉｌｙｕｓｈｉｎ五维应变空间下,利用弹塑性有限变形的有限元法。研究了两相介质在非比例加载下的弹塑性特性,提出了应力模、延迟角随应变路径、转折角变化的近似计算公式,计算结果还表明,工程材料的许多复杂本构特性都是由第二相介质引起的．     

硅相锌基复合材料减摩抗磨性能的研究

为了改善锌铝合金在干摩擦条件下的耐磨性能，拓宽它的工程应用范围，在其中添加质量分数为１０％的Ｓｉ，同时以质量分数０．１％～０．３％的Ｐ－Ｃｕ对硅相进行变质处理，研制出硅相增强锌基复合材料，并且对这种材料的减摩抗磨性能进行了试验研究．结果表明：硅相锌基复合材料分别在干摩擦和２０＃机械油滴油润滑条件下的减摩抗磨性能良好．扫描电子显微镜观察发现，硅相锌基复合材料中的硅相经变质处理得以细化和分布均匀化，这对改善锌铝合金的综合性能具有重要作用；由于硅相的硬度远比基体的高，在滑动摩擦过程中可以起支撑作用，减少偶件与基体的直接接触而降低摩擦磨损     

高强混凝土热-力响应的断裂相场分析方法研究

高强混凝土(High-Strength Concrete, HSC)的力学性能受温度影响较大,尤其在高温环境下性能衰退剧烈,因此在结构分析中宜采用随温度变化的材料性能参数．断裂相场方法基于Griffith变分断裂准则,无需复杂的裂纹拓展追踪技术便可处理多裂纹的问题,可方便地模拟裂纹的萌生、扩展、分岔及汇合过程．本文采用适宜进行结构断裂分析的断裂相场方法,基于能量泛函变分原理,将温度对混凝土材料弹性模量及断裂能的影响引入断裂相场分析方法中,用于高强混凝土高温环境下的强度和破坏分析．以高温作用下高强混凝土梁三点弯曲试验为算例,进行方法验证,通过与实测结果对比,证实了算法的有效性．     

圆环管煤粉浓淡分离器内气固二相流动的数值计算

本文用数值模拟的方法模拟分离器内两相流流场，能成功地确定挡环角度的最佳值和分离环位置的最佳值，对工程应用有一定的意义．给出了气固两相模拟的结果，并与实验结果作了比较，其分布趋势是一致的．     

材料微结构演化的相场模拟

材料的各种宏观性能与其内部的微观结构密切相关,如何通过控制材料微结构的分布来提高其性能指标一直是工程界与学术界广泛关注的课题。由于场变量在界面的突变,传统的基于局部理论的突变界面模型在描述材料微结构演化方面存在一定的困难。基于非局部理论的相场法采用扩散界面的概念来描述界面,避开了理论上描述突变界面的困难,在模拟材料内部任意的组织形态和复杂的微结构演化方面具有独特的优点。本文首先介绍相场法的热力学理论基础,包括自由移动边界问题、扩散界面模型、非局部能量泛函、相场动力学方程及其常用求解方法。然后重点介绍铁电、铁磁和多铁性材料微结构演化的相场模拟,同时简要介绍相场法在软物质和锂离子电池材料微结构演化模拟中的应用,最后给出总结和展望。     

两相流场粒子成像测速技术(PTV-PIV)初探

在单相ＰＴＶ－ＰＩＶ研究基础上，研究液固两相流场粒子成像图像数字测速技术．首次用ＰＴＶ技术得到直槽道中液固两相流场二维瞬时全场两相流速分布．初步探讨了两相ＰＴＶ－ＰＩＶ技术中与单相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速技术的关键不同之处，提出两相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速采样的两相相容性准则．为深入研究两相流场粒子成像测速技术奠定了基础．     

应用格形模型和统计方法分析两相材料宏观等效力学性质

采用格形模型和统计方法分析了三维两相材料的宏观等效力学性质。首先建立了两相非均匀材料的力学模型和相应的格形有限元分析.在后利用该方法针对六种两相材料模型,分别分析了材料体积比、不同空间分布和材料物理性质分布对两相材料宏观力学性质的影响。由于使用了三维非均匀模型和自适应载荷步长的加载技术,该方法可以较好地模拟材料在准静态加载条件下的破坏全过程,所得结果可以为颗粒（或短纤维）增强复合材料的力学性质及其设计提供参考依据。     

颗粒相流动边界条件对其浓度分布的影响机制

运用描述颗粒相内部作用力的离散介质动力理论和“双流体”欧拉方法对循环流化床中的稠密气固两相流动进行了数值模拟,并专门研究了颗粒边界条件对其在近壁区浓度分布的影响,探讨了产生畸变的机制,比较和检验了相关的理论模型。研究表明,近壁区颗粒轴向速度梯度大小,和在那里局部加密的计算网格,对颗粒浓度的径向分布有强烈的影响,导致浓度分布畸变的原因是不合理的边界条件过高估计了当地颗粒的脉动强度,提出选择边界条件的原则是允许颗粒在壁面上有一定程度的滑移。     

基于COMSOL的脆性材料相场断裂模型

相场法通过一系列微分方程描述材料断裂过程,避免了繁琐的裂纹面追踪,在模拟裂纹的萌生、扩展和分叉等方面具有优势。介绍了基于相场法的脆性材料断裂模型,给出了脆性材料断裂问题相场法控制方程的推导过程,提出了基于分步迭代法在COMSOL中实现脆性材料相场断裂模型的方法。再现了脆性材料单元模型和单边缺口平板受拉及受剪作用下的开裂过程,模拟的裂纹扩展路径与已有文献的结果相近,验证了程序的合理性。针对脆性材料相场断裂模型包含的诸多参数,采用Morris法对影响荷载-位移关系的脆性材料断裂模型参数进行了全局敏感性分析,结果表明,杨氏模量(E)、临界能量释放率(G_c)和位移增量(Δu_x)是影响模型荷载-位移关系输出结果的主要参数。基于COMSOL实现的相场断裂模型能够有效模拟脆性材料的裂纹萌生和扩展断裂过程,模型参数E,G_c和Δu_x对材料断裂性能的提升或模型参数反演效率的提高具有重要影响。     

含界面相复合材料热残余应力分析

本文分析了含有界面相纤维增强复合材料热残余应力的空间分布。针对材料实际微结构几何特点,建立含有界面相的三维三相单丝模型,用均匀和梯度函数描述界面相模量随空间变化规律,由轴对称体弹性力学理论得到单丝热残余应力分布,结果表明梯度界面降低了残余应力。通过碳纤维电阻法测出T300/环氧树脂单丝体系固化后的纤维轴向应变,与梯度界面的分析结果基本一致。用叠加方法得到密排六方结构代表性体积元(RVE)中纤维间相互偶合的应力场,同时应用有限元法分析RVE中纤维间的残余应力分布,两者结果相互验证。     

Measurements of cross-sectional instantaneous phase distribution in gas–liquid pipe flow

Two novel complementing methods that enable experimental study of gas and liquid phases distribution in two-phase pipe flow are considered. The first measuring technique uses a wire-mesh sensor that, in addition to providing data on instantaneous phase distribution in the pipe cross-section, also allows measuring instantaneous propagation velocities of the phase interface. A novel algorithm for processing the wire-mesh sensor data is suggested to determine the instantaneous boundaries of gas–liquid interface. The second method applied here takes advantage of the existence of sharp visible boundaries between the two phases. This optical instrument is based on a borescope that is connected to a digital video camera. Laser light sheet illumination makes it possible to obtain images in the illuminated pipe cross-section only. It is demonstrated that the wire-mesh-derived results based on application of the new algorithm improve the effective spatial resolution of the instrument and are in agreement with those obtained using the borescope. Advantages and limitations of both measuring techniques for the investigations of cross-sectional instantaneous phase distribution in two-phase pipe flows are discussed.     

液粒凝固过程的动力学理论

在平均场的概念下对液态粒子的凝固过程提出了一个简化的液-固-气-雾(LSGF)数学模型,并在小过冷度的条件下,求出了有关初值问题的一致有效渐近解. 结果表明:整个动力学过程可以分为两个相互联结的时间阶段. (1) 液粒初始温度分布的瞬态过渡阶段. 在这个阶段,凝固尚未正式启动,只是系统内的温度从任意给定的初始分布迅速调整到某一特定空间分布. (2)液粒向固粒转变阶段. 在这一阶段,液-固两相开始分离,相界面逐渐向液粒中心传播,直至液相完全消失. 进而以铜为例,讨论了液态粒子在不同生长条件与物理参数下的凝固时间与凝固过程中的温度分布的演化规律.      

散斑照相孔径优化的研究

本文提出了三种新的散斑照相孔径方法:一维调频孔径法,交叉孔径法和旋转孔径法。给出了理论分析和实验证明。这些方法简单实用,能有效地改变衍射晕的能量分布。适当选择孔径的参数,实验者能相当任意地控制散斑图的空间频率成份。新方法兼顾了突出某一频率成份、灵敏度连续可调、获得多个方向散斑场运动信息等各方面的特性。     

一种铝合金层裂破坏的分形形貌与微结构的相关性

针对高速冲击下材料的层裂破坏，用盒子计数法和码尺法计算了一种铝合金的层裂剖面的分形维。结合层裂破坏形貌的微观观测讨论了分形标度区范围。测定了材料的微结构分布，对材料中的二相粒子尺寸，晶粒尺寸以及相邻的二相粒子间距的分布，层裂破坏形貌展示的自相似范围和计算分形维数时的标度区范围进行比较，发现相邻的二相粒子间距的分布范围和层裂破坏形貌的自相似范围以及分形维的标度区范围是相当的。     

Theoretical analysis for achieving high‐order spatial accuracy in Lagrangian/Eulerian source terms

In a fully coupled Lagrangian/Eulerian two‐phase calculation, the source terms from computational particles must be agglomerated to nearby gas‐phase nodes. Existing methods are capable of accomplishing this particle‐to‐gas coupling with second‐order accuracy. However, higher‐order methods would be useful for applications such as two‐phase direct numerical simulation and large eddy simulation. A theoretical basis is provided for producing high spatial accuracy in particle‐to‐gas source terms with low computational cost. The present work derives fourth‐ and sixth‐order accurate methods, and the procedure for even higher accuracy is discussed. The theory is also expanded to include two‐ and three‐dimensional calculations. One‐ and two‐dimensional tests are used to demonstrate the convergence of this method and to highlight problems with statistical noise. Finally, the potential for application in computational fluid dynamics codes is discussed. It is concluded that high‐order kernels have practical benefits only under limited ranges of statistical and spatial resolution. Additionally, convergence demonstrations with full CFD codes will be extremely difficult due to the worsening of statistical errors with increasing mesh resolution. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effective thermal conductivity of partially saturated porous rocks

The present work is concerned with the determination of the effective thermal conductivity of porous rocks or rock-like composites composed by multiple solid constituents, in partially saturated conditions. Based on microstructure observations, a two-step homogenization scheme is developed: the first step for the solid constituents only, and the second step for the (already homogenized) solid matrix and pores. Several homogenization schemes (dilute, Mori–Tanaka, the effective field method and Ponte Castañeda–Willis technique) are presented and compared in this context. Such methods are allowing: (i) to incorporate in the modellization the physical parameters (mineralogy, morphology) influencing the effective properties of the considered material, and the saturation degree of the porous phase; (ii) to account for interaction effects between matrix and inhomogeneities; (iii) to consider different spatial distributions of inclusions (spherical, ellipsoïdal). An orientation distribution function (ODF) permits simultaneously to incorporate in the modelling the transverse isotropy of pore systems. Appearing as homogeneous at the macroscopic scale, it is showed that the effective conductivity depends on the physical properties of all subsidiary phases (microscopic inhomogeneities). By considering the solution of a single ellipsoïdal inhomogeneity in the homogenization problem it is possible to observe the significant influence of the geometry, shape and spatial distribution of inhomogeneities on the effective thermal conductivity and its dependence with the saturation degree of liquid phase. The predictive capacities of the two-step homogenization method are evaluated by comparison with experimental results obtained for an argillite.