结构中微裂纹与超声波的混频非线性作用数值仿真研究

针对结构中微裂纹检测难题,本文对结构中微裂纹与超声波的混频非线性作用进行了数值仿真研究。基于经典非线性理论,得到了两列超声纵波相互作用产生混频效应的理论条件。通过有限元仿真,研究了两列纵波与微裂纹相互作用产生混频的条件,并分析了界面处静应力、摩擦系数和裂纹方向对混频效应的影响。研究发现,超声波与微裂纹相互作用产生混频非线性效应的发生条件仍符合经典非线性理论下的混频产生条件。裂纹界面处施加的静应力对差频横波幅值有明显影响;当施加静应力与无裂纹模型得到的最大应力值接近时,混频非线性效应最强;裂纹界面的摩擦系数对超声波的混频非线性效应影响较小;透射差频横波传播方向与经典非线性理论预测的理论差频分量方向基本一致,且几乎不受裂纹方向变化的影响,而反射差频横波的传播方向随裂纹方向的改变而有所不同。本文研究工作为微裂纹检出及方向识别做了有益探索。     

冻土破坏过程的微裂纹损伤区的计算分析

对冻土破坏过程进行了试验研究，冻土破坏的过程是微裂纹损伤与临界串接的演化过程，确认了冻土微裂纹损伤区的存在，并分别用莫尔准则和最大拉应力准则建立了微裂纹损伤区计算模式。将微裂纹损伤区按缺陷处理并简化为当量裂纹，进行了裂纹尺寸的定量计算，结果表明其尺寸与冻土中初始裂纹尺寸相当，将计算结果与观测结果相比较，误差不超过10％。     

随机分布共线微裂纹的强相互作用

微裂纹串接为宏观灾难性裂纹的过程取决于相邻微裂纹的强相互作用。微裂纹的分布规律影响材料的强度和韧性。本文研究简单的共线微裂纹构型，确定由于微裂纹长度和韧度尺寸的统计分布所产生的影响。研究结果预计了脆性材料的尺度效应，即对于相同密度的微裂纹分布，大尺寸构件的强度比小尺寸构件要低。计算还表明脆性体的强度随微裂纹分布函数标准方差的增加而减小。     

带微裂纹物体的有效断裂韧性

按照等效介质的思想，引进有效表面能密度的概念，建立了带微裂纹物体有效断裂韧性的公式．具体计算了微裂纹群分别平行和垂直于宏观裂纹两种情况的减韧比．表明微裂纹群在产生应力屏蔽（或反屏蔽）效应的同时，也降低了材料的有效断裂韧性，减小了对宏观裂纹的扩展阻力．     

铝锂合金微裂纹-短裂纹生长过程的实验观察

通过二元铝锂合金的细观拉伸疲劳实验，动态观察了试样表面金相微观结构组织的变化及微裂纹的萌生及扩展直至断裂的全过程，并分析讨论了晶界及微结构对微裂纹萌生及扩展的影响，微裂纹向短裂纹、长裂纹发展的判据．该实验材料是模型材料，晶界结合强度较弱，裂纹沿晶开裂现象较多．经对实验结果及金相裂纹分析，表明金属材料微结构对裂纹扩展有明显的影响．晶界作为一种物质界面存在于晶粒间，具有一定的物理和力学性质，对微裂纹扩展速率及发展行为有较大影响．     

铝锂合金微裂纹—短裂纹生工过程的实验观察

通过二元铝锂合金的细观拉伸疲劳实验，动态观察了试样表面金相微观结构组织的变化一裂纹的萌生及扩展直至断裂的全过程，并分析讨论了晶界及微结构对微裂纹萌生及扩展的影响，微裂纹向短裂纹，长裂纹发展的判据，该实验材料是模型材料，晶界结合强度较弱，裂纹沿晶开裂现象较多，经对实验结果及金相裂纹分析，表明金属材料微结构对裂纹扩展有明显的影响，晶界作为一种物质界面在于晶粒间，具有一定的物理和力学性质，对微裂纹扩展速     

含微裂纹和椭球颗粒介质的强度及本构关系

针对含随机分布微裂纹及椭球颗粒的复合材料，通过考虑椭球颗粒内的本征应变及其与微裂纹的相互作用，利用等效夹杂方法研究了微裂纹损伤对材料有效模量和强度的影响，推导了复合材料的细观应力场及本构关系，并导出了材料破坏的临界条件．     

界面主裂纹和微裂纹之间的干涉

采用复势函数的位错解方法，通过对奇异积分方程的建立和数值求解，研究了界面主裂纹同界面及基体微裂纹之间的干涉．结果表明远场载荷角ψ同Ｄｕｎｄｅｒ’ｓ参数α对界面微裂纹及基体中水平微裂纹同主裂纹干涉的影响都很显著，而ψ对屏蔽区的影响则远小于α对其的影响     

含夹杂和微裂纹复合材料的损伤演化和分析

利用细观力学的Ｅｓｈｅｌｂｙ和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论，考虑纤维和微裂纹之间的相互作用，研究了定向分布微裂纹的演化规律及其对材料力学性能的影响，分析了纤维体积份数，弹性系数、微裂纹密度，纤维不同取向与基体开裂强度之间的变化关系，并给出了许多有意义的结论。     

主裂纹与微裂纹相互作用问题的有效数值计算方法

提出了平面弹性介质中主裂纹与微裂纹相互作用问题的有效数值计算 方法. 通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多裂纹的一般体系，将原问题分解 为承受远处载荷不含裂纹的均匀问题，和在远处不承受载荷但在裂纹面上承受面力的多裂纹 问题. 于是，以应力强度因子作为参量的问题可以通过考虑后者(多裂纹问题)来解决，而 利用提出的杂交位移不连续法，这种多裂纹问题是容易数值求解的. 列举 Cai和 Faber为评价主裂纹与微裂纹相互作用问题的近似方法而列举的算例，说明 该数值方法对分析平面弹性介质中主裂纹与微裂纹相互作用问题既简单又非常有效.     

一类Markov过程的最大绝对值过程概率密度求解的新方法

随机过程或随机系统响应的最大绝对值概率分布往往是科学与工程中关心的重要挑战性问题.本文从理论与数值上进行了Markov过程的时变最大绝对值过程及其概率分布研究.文中,通过引入扩展状态向量,构造了最大绝对值$\!$-$\!$-$\!$状态量联合向量过程,由此将不具有Markov性的最大值过程转化为具有Markov性的向量随机过程.在此基础上,通过最大绝对值$\!$-$\!$-$\!$状态量之间的关系,建立了联合向量过程的转移概率密度函数.进而,结合Chapman-Kolmogorov方程和路径积分方法,提出了最大绝对值概率密度函数求解的数值方法.由此,可以得到Markov过程最大绝对值过程的时变概率密度函数,可进一步用于结构动力可靠度分析等.通过数值算例,验证了本文所提方法的有效性. 该方法有望推广到更一般随机系统的极值分布估计之中.      

混凝土断裂过程的力学模型与数值模拟

混凝土是一种典型的非均匀准脆性材料,其断裂过程是非常复杂的.评述了混凝土断裂以及断裂过程研究的进展状况,主要总结了一些研究混凝土断裂的宏观力学方法和模型,介绍了从混凝土的细观层次出发模拟其断裂过程的数值模型.最后,简单介绍了作者用细观数值方法模拟混凝土宏观断裂过程的研究成果.      

Optimization of one-dimensional multistage linear processes

Summary A multistage process which can be completely characterized by a state variable and a control variable is called a one-dimensional multistage process with a control variable. It is shown that the optimal policy for controlling or operating such a process is to apply an equal control action at each stage when the process is linear in state variables.     

航空薄壁弧形结构件喷丸强化变形预测

喷丸强化是一种有效提高工件抗疲劳性能的表面处理工艺，经喷丸强化处理后的航空薄壁弧形结构件发生变形是航空制造领域的共性难题．本文基于变截面曲梁平面弯曲理论，建立了弧形件喷丸诱导应力与变形方程，将得到的构件最大变形与有限元方法计算结果进行对比，所建立理论模型能有效预测弧形件喷丸强化后的变形．讨论了喷丸压力和喷丸区域对喷丸变形的影响，结果表明：喷丸强化工艺仅作用于弧形件腹板表面时，弧形件变形以径向收缩为主；喷丸强化工艺仅作用于弧形件筋板表面时，弧形件变形以径向扩张为主；与局部喷丸相比，对弧形件所有表面喷丸强化时，弧形件弯曲变形减小，轴向伸长增大．     

一种边界元分析接触问题的快速迭代算法

弹性摩擦接触问题的接触状态和接触应力的分析需要进行迭代，迭代过程是很费机时的，采用一种快速迭代算法进行迭代计算，其迭代的计算机ＣＰＵ时间约为常用迭代方法时间的１／１０左右。     

成型充填过程的ALE有限元模拟

在ALE框架中提出了一个用于成型充填过程有限元数值模拟的模型。应用ALE参考构形及ALE参考粒子速度描写充填过程中的熔体质量运动。摒弃了Hele-Shaw近似假定,因而所提出的模型能用于非薄壁型腔中高分子材料充填过程的数值模拟。应用基于时域分步算法的Taylor-Galerkin方法,对控制成型充填过程的守恒方程建立了弱形式。对移动自由面附近的充填材料区构造了网格生成算法与网格重划分方案。给出了在几种不同形状的典型腔体中充填过程的数值模拟结果,表明了所提出的ALE有限元模型模拟充填过程的有效性。     

一种直降式滑橇减震器性能研究

为验证无人机伞降回收系统的直降式滑橇着陆装置的动力学性能,对其着陆缓冲过程进行数学模拟构造了该装置的动力学模型,通过数值求解得出了该装置缓冲过程的动态特性。对其着陆压缩过程的动力学模型进行了简化,计算结果可用于减震器参数的确定。落震试验结果表明:动力学模型能准确模拟着陆装置的缓冲过程;以5m/s着陆时过载仅为6.8g;本文所采用动力学模型的数值求解结果与实验结果一致,误差小于5%。     

基于相移干涉技术的晶体溶解及生长边界层实时监测

晶体在溶解及生长过程中边界层的信息直接影响晶体生长速度和物质输运过程,进而影响晶体质量和生长机制。本文利用相移干涉技术建立了晶体生长过程实时监测系统,对无机盐晶体溶解及生长过程中的边界层信息及物质输运过程进行了实时监测,获得了整个实验过程中的晶体生长速度。实验表明:在溶解过程中,边界层内浓度分布与晶体界面距离呈指数下降关系,边界层内浓度差与晶体溶解速度随时间呈指数减小关系;在结晶过程中,边界层内浓度分布规律与溶解过程相反;边界层内浓度差和晶体生长速度曲线则呈现出先上升再下降最后趋于稳定的规律,且在重力场和物质输运过程的共同作用下,晶体表面会产生浮力对流现象。     

Numerical and experimental investigations of micromechanical processes during wire sawing

In the following paper the mechanisms of the slurry-based wire sawing process at micro level are studied by numerical simulations. For the simulation a new approach in simulating the wire sawing process is presented. A discrete element method (DEM) with polyhedral particles is used to simulate the movement of the abrasive particles as well as the wire during the process. The results are verified by direct observations of the sawing channel of an experimental setup. The presented numerical model is applied for a detailed study of the influence of different process parameters.     

Nonlinear chatter with large amplitude in a cylindrical plunge grinding process

The phenomenon that the stable smooth grinding process coexists with chatter vibrations with large amplitudes in a cylindrical plunge grinding process is investigated in this paper. In the analyzed dynamic model, the workpiece and the grinding wheel involved in the grinding process are regarded as a slender hinged-hinged Euler?CBernoulli beam and a damped spring mass system, respectively, and the contact force between the two is treated as the main factor that affects the dynamic behaviors of the process. Called regenerative force, the contact force represents the interaction with regenerative effects between the workpiece and the wheel. To clarify the relation between the force and the dynamical behaviors in the grinding process, all the effects of the system parameters related to the interaction, such as the grinding stiffness, the rotation speeds of the workpiece and the wheel, on the dynamic motions of the process are studied. To this end, the eigenvalues analysis is firstly carried out to find the chatter-free-region, in which the smooth grinding process is stable and the chatter vibration may be absent. And then the nonlinear chatter vibrations when the values of concerned parameter leave the chatter-free region are predicted numerically. It is interesting that both the supercritical and subcritical Hopf bifurcations are found on the same boundary of the chatter-free region. As we know, there must be a zone in the chatter-free region where the stable smooth grinding process coexists with the chatter vibration when the subcritical one arises and the switching point between the supercritical and the subcritical ones is a Bautin bifurcation point mathematically. Thus, the Bautin bifurcation analysis is performed to scan the subregion in which the smooth grinding process is not unconditional stable anymore.