应变可调二维光子晶体的力致变色效应研究

光子晶体是由两种或两种以上的透明材料周期排列构成的功能复合材料,它可以完全反射一定频率范围内的电磁波,这个性能称为光带隙.光子晶体将在光通信、数据存储以及光路设计等方面得到广泛的应用.本文设计了一种应变可调的二维光子晶体结构,通过基底产生的正应变改变光子晶体的周期性,从而改变其光带隙性能.利用平面波展开法考察了该结构的应变可调性,即其力致变色效应.结果表明,压应变会显著影响横向电波(Transerse electric waves, TE)的传播特性,打开多条光带隙.并且光带隙的宽度也正比于压应变的大小.利用这样的效应可以制成应变传感器或光学开关等器件.     

干涉云纹全场应变花

本文提供了一个简便实用的二维贴片云纹测试方法。它能在同一加载状态下、从同一张全息底片上获得四个方向的等位移云纹图象。图象中所包含的应变信息量及其对应变分析的功用远大于四片式电阻应变花的测试结果,我们权且称之为“干涉云纹全场应变花”。文章对该测试方法的原理作了详尽的论证,推导了所有的技术参数并列举了应用简例,从理论和实践两个方面证实了该方法的可行性。     

层合板的非线性有限单元分析

对层合板引入小应变中转动几何非线性假设，位移模式考虑了横向剪切应力及其连续性，有采用罚单元的方式构造了简单，协调的八节点等参单元，并应用于层合板的应力分析，取得了很好的数值结果。     

受损钢结构力学分析模型研究

通过对8组不同受损程度的Q235钢材进行力学性能实验研究,分析了不同损伤程度对钢材二次加载和卸载时加载弹性模量和卸载弹性模量的影响,提出了受损钢材的力学模型。基于受损截面的应力-应变关系,通过定义受损受弯构件截面的无损高度比K,推导了不同受损程度下构件截面的平均弹性模量和损伤指标的计算公式。用转动弹簧来模拟受损截面的力学性能,根据受损微段的应力-应变关系,推导了受损截面的弯矩-转角关系和截面转动刚度计算公式,提出了可用于受损钢结构力学分析的计算模型。算例分析表明,截面受损降低了结构的刚度,在实际工程应用时不容忽视。     

钻孔法测量残余应力过程中钻孔附加应变的研究（Ⅱ）

本文应用弹塑性理论研究了被测试样的屈服强度、应力场对钻孔法测量残余应力过程中钻孔附加应变的影响,使用简化的理论模型推导了低速旋转钻头钻孔产生附加应变的一般表达式.结果表明钻孔引入的附加应变与被测试样的原始残余应力状态有关,随应力水平增加而增大,在压应力减小到某一临界值σ时,钻孔附加应变为零。在 Ly12铝合金上的实验测量结果与理论结果一致。     

应变梯度理论进展

应变梯度理论是近10年来为解释材料在微米尺度下的尺寸效应现象而发展起来的一种新理论.首先综述了应变梯度理论近年的发展及其对材料力学行为研究方面的进展.其次主要介绍了不含高阶应力的一类应变梯度理论及其应用;最后对应变梯度理论的发展做了展望.      

微薄梁三点弯曲的尺度效应研究

应用高灵敏度的力传感器以及时间序列电子散斑干涉法，同时测出了不同厚度纯镍薄片三点 弯曲试件的抗力与变形，得到薄梁中心点处的载荷与挠度曲线. 应用Fleck和Hutchinson 的偶应力理论，结合平面应变弯曲模型，建立了薄梁处于弹性状态和弹塑性状态的 控制方程, 应用Runge-Kutta法进行数值求解，并将计算得到的载荷-挠度曲线以及无量纲化弯矩-表面 应变曲线和实验结果进行了比较. 在理论计算过程中，没有拟合任何材料参数，所有的材料 参数均来自实验测量的结果，材料特征尺度也是根据Stolken和Evans的工作给出 的. 结果表明: 应用偶应力理论预测的结果和实验结果符合良好，而经典理论的预测结果与 实验不相符合.     

一种考虑非比例附加损伤的多轴低周疲劳模型

在实际工作环境中,机械结构往往承受着多轴非比例循环载荷.相比多轴比例循环加载,多轴非比例循环加载由于产生了附加强化现象,造成机械结构疲劳寿命下降.通过分析薄壁圆筒管件在非比例加载工况下应力应变变化规律和发生破坏位置,本文基于临界面法提出一种考虑多轴非比例附加损伤的疲劳模型.该模型将最大剪切应变幅平面作为临界面,提出一个新的附加强化因子,结合临界面上切应变幅和正应变幅组成新的多轴疲劳损伤参量.此参量不仅考虑了非比例加载下临界面上正应变幅和切应变幅对材料造成的疲劳损伤,还考虑到应变路径的变化和材料非比例加载敏感特性对材料疲劳寿命的影响.考虑到实际情况下模型所需材料附加强化系数有时难以获得的情况,给出了材料附加强化系数的有关近似计算公式.只需要材料基本力学参数便可得到材料附加强化系数,方便工程实际应用.采用8种材料的多轴疲劳寿命数据对提出的新模型进行检验,结果表明所提出的新模型与传统多轴疲劳模型相比预测寿命精度更高.      

静力触探锥头阻力的近似理论与实验研究进展

锥头阻力在静力触探试验中扮演着十分重要的角色.从不同角度,对触探中锥头阻力的研究进行简要阐述,对承载力理论、空洞膨胀理论、应变路径法及运动点位错法等几种理论分析方法进行了回顾.另外,对数值分析和实验研究的进展情况进行了叙述.并对各种方法的适用性进行了比较.承载力理论虽然简单,但忽略了土的压缩性和探杆周围初始应力的增加,所以不能精确地模拟锥头的深层贯入.空洞膨胀理论提供了一个分析锥头阻力的简单而较精确的方法,它考虑了土的压缩性(或膨胀性)和锥头贯入过程中锥杆周围应力增加的影响.但这种方法是将锥头贯入与空洞膨胀之间做了一个等效模拟,所以不同的模拟方法,得到的结果差别较大.应变路径法能够有效解决饱和粘土中的不排水贯入,但不适用于砂土.运动点位错法因为考虑了部分排水,所以能较好地预测固结系数,但采用了线弹性分析,故位错法在其他方面的应用还需要大量的试验验证.有限元法在处理锥头贯入这类慢侵彻问题时缺乏一种很好的处理技术,导致它在进行破坏荷载计算时有显著的误差和数值计算困难.标定槽试验将在验证和建立锥头阻力与土的性能关系方面继续起到一个重要作用,但其结果需经过校正后才可应用到现场.最后对该领域的研究趋势进行了讨论.      

基于等效静态载荷法的非线性动态拓扑优化

等效静态载荷法是目前解决动态拓扑优化问题的一种有效方法,但是由于未考虑塑性变形中应力应变关系的时效性,会导致等效载荷偏大和载荷方向偏差,因此无法有效处理材料的非线性问题.据此,提出一种基于模量比率因子的等效静态载荷计算方法.首先,根据结构应力、应变和杨氏模量之间的函数关系,计算各时刻的计算杨氏模量;然后,得到各时刻的模量比率因子,根据位移等效原则计算修正等效静态载荷,进而进行多工况静态拓扑优化,并更新设计变量再次进行动力学分析,重复直至收敛.数值算例表明,修正后的等效静态载荷法能够解决弹塑性材料的非线性问题,在提高等效精度的同时拓展了在非线性材料方面的应用边界.工程算例表明,在相同约束下,采用基于模量比率因子的等效静态载荷法在轻量化的同时能得到更小的塑性应变.     

The Vectorial Parameterization of Rotation

The parameterization of rotation is the subject of continuous research and development in many theoretical and applied fields of mechanics, such as rigid body, structural, and multibody dynamics, robotics, spacecraft attitude dynamics, navigation, image processing, and so on. This paper introduces the vectorial parameterization of rotation, a class of parameterization techniques encompassing many formulations independently developed to date for the analysis of rotational motion. The exponential map of rotation, the Rodrigues, Cayley, Gibbs, Wiener, and Milenkovic parameterization all are special cases of the vectorial parameterization. This generalization parameterization sheds additional light on the fundamental properties of these techniques, pointing out the similarities in their formal structure and showing their inter-relationships. Although presented in a compact manner, all of the formulae needed for a complete implementation of the vectorial parameterization of rotation are included in this paper.     

残余力向量法在结构损伤识别中的应用研究进展

工程结构的损伤识别技术对于把握结构工作状态及评估结构的安全性与正常使用性能具有重要的意义。近年来基于残余力向量法的损伤识别技术受到了关注并取得了一定的研究成果。文章从基于残余力向量法的损伤识别技术、残余力向量法和灵敏度分析方法相结合、残余力向量法的改进、残余力向量法和人工神经网络技术的结合、残余力向量法和智能算法的融合等5个方面综述了目前国内外基于残余力向量法进行结构损伤识别研究的成果。并根据残余力向量法应用上存在的问题展望了应用残余力向量法进行结构损伤识别时在如何减小误差;如何克服测试信息不完备的影响;如何进行实际工程损伤识别的研究以及残余力向量法的改进以及残余力向量法和智能算法结合等方面的发展趋势。     

椭圆截面曲线管道内二次流动的Galerkin解

推导了任意空间曲线直角坐标系内的张量流体力学方程．采用Galerkin方法和计算机符号运算技术求解了椭圆截面螺旋管道（电括弯管、扭管）内的二次流动．计算结果表明了Galerkin方法的适用和有效性，克服了振动法的小参数局限．对所得结果的分析揭示了椭圆截面螺旋管道内流动的特性，给出了k,r和Re较大情况的研究结论．     

A numerical shape finding procedure for very thin shells

The paper introduces a numerical shape-finding procedure for very thin continuous shells (thickness less than 10 cm): an assigned loading distribution is applied on a point-wise suspended membrane, which, after its deformation, is inverted to give the geometry of a reinforced concrete continuous shell. The procedure is an extension to the continuum case of previous ones introduced for gridshells. In the past it has been employed in an empirical way by several designers.The geometrically non-linear analysis of the membrane is carried out taking account of large displacements and finite rotations. Finally, the structural analysis of the shell, including stability aspects, is performed, for example, to check and control the membranal behaviour of the structure.

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Sommario Si introduce un metodo per la ricerca della forma di gusci sottili: un'assegnata distribuzione di carico è applicata a una membrana appesa per punti, che, dopo la sua deformazione, viene invertita per fornire la geometria di un guscio continuo in conglomerato cementizio armato. Il metodo è un' estensione al caso continuo di metodi precedenti introdotti per i gusci discreti. Nel passato è stato usato in modo empirico da molti progettisti.L'analisi geometricamente nonlineare della membrana viene eseguita in grandi spostamenti tenendo conto delle rotazioni finite. Infine viene eseguita l'analisi strutturale del guscio, considerando anche gli aspetti di stabilità, per verificare e controllare il comportamento membranale della struttura, che è confermato.

     

光滑粒子动力学方法的发展与应用

光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是一种拉格朗日型无网格粒子方法,已经成功地应用到了工程和科学的众多领域.SPH使用粒子离散及代表所模拟的介质,并且基于粒子体系估算和近似介质运动的控制方程.本文分析和综述了SPH模拟方法的发展历程、数值方法与应用进展.介绍了SPH方法的基本思想;从连续性、边界处理、稳定性和计算效率4个方面阐述了SPH方法的研究现状;介绍了SPH方法近年来在可压缩流动、不可压缩流动以及弹塑性材料高速变形与失效方面的一些典型应用;并对SPH方法的发展与应用进行了预测与展望.      

On the Use of the Restitution Condition in Flexible Body Dynamics

The difference between the classical treatment offlexible body impact and the treatment of impact in flexiblemultibody dynamics is due to several fundamental reasons. Inthe classical impact theory, simple structures such as beamsand plates are used. Infinite dimensional models can bedeveloped for these simple structural elements to study theimpact dynamics and the wave propagation problem. Flexiblemultibody impact problems, on the other hand, involve bodieswith complex geometry that cannot be modeled using infinitenumber of degrees of freedom. Furthermore, the classicalimpact theory has been mainly concerned with the impactbetween a rigid mass that moves without constraints beforeit impacts a simple flexible structure. This is not amultibody simulation scenario in which the impact occursbetween kinematically constrained bodies that are subjectedto impulsive constraint forces in addition to the impactforces. These constraint forces can influence the motion ofthe two bodies immediately after impact, and as aconsequence, the simple classical theory scenario of impactdoes not apply. It is the objective of this paper to discussthe use of the restitution condition in flexible multibodyimpact problems and demonstrate that the use of thisapproach does not exclude the classical formulation.Nonetheless, the impulse momentum balance approach can serveas an effective and efficient procedure for solving theimpact problem in finite dimensional models that do not obeythe classical wave theory. Energy results of simplestructural elements are presented in order to demonstratethe consistency of using the impulse momentum balanceapproach in solving impact problems in finite dimensionalflexible body applications.     

Characteristics‐based boundary conditions for the Euler adjoint problem

Over the last decade, the adjoint method has been consolidated as one of the most versatile and successful tools for aerodynamic design. It has become a research area on its own, spawning a large variety of applications and a prolific literature. Yet, some relevant aspects of the method remain relatively less explored in the literature. Such is the case with the adjoint boundary problem. In particular for Euler flows, both fluid dynamic and adjoint equations entail complementary Riemann problems, and these yield boundary conditions that are fully consistent with well‐posedness. In the literature, this approach has been pursued solely in terms of Riemann variables. This work formulates the adjoint boundary problem so as to correspond precisely to that imposed on the flow, as it is given in terms of primitive variables. Test results have shown to be in agreement with the traditional approach for external flow problems. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

复合材料胶接结构有限元分析方法研究进展

胶接结构的强度分析方法可以分为解析法和数值法两类,数值法主要是有限元方法.本文综述了复合材料胶接结构的有限元分析方法,按照胶接结构有限元模型建立的物理机理,将胶接结构力学分析模型分为基于有限元应力分析模型、基于断裂力学模型和基于损伤力学模型3类.详细介绍了这3类模型中的主要有限元建模分析方法:三维应力分析方法、虚拟裂纹闭合技术方法和内聚力模型方法,介绍了每种方法的基本思想、适用范围、优缺点、改进和扩展、有限元建模的实施步骤,以及有限元分析中应用该方法所取得的成果.第五部分从适用范围、应力奇异和破坏判据3个方面对这几种分析模型进行了对比分析.最后,对该领域发展趋势进行了展望.      

旋转弹性体的有限元线法分析

本文将有限元线法应用于一般荷载作用下的旋转弹性体的分析。文中将任意荷载沿环向展开为Ｆｏｕｒｉｅｒ级数，利用正交性，将问题转变为一系列旋转子午面上二维问题的叠加。文中对任一环向谐波建立了旋转面上的曲线曲边单元，导出了相应的常微分方程体系，并对由柱坐标引起的ｒ＝０处的奇异性问题做了完备合理的处理。文中给出了具有代表性的数值算例，用以展示本法的出色的表现     

图形处理器在大规模力学问题计算中的应用进展

现代图形处理器(graphics processing units,GPU)具有较强的并行数值运算功能.该文简单介绍了GPU的硬件结构,基于GPU通用计算的数据结构和实现方法,以及用于编写片元程序的OpenGL着色语言.介绍了应用GPU计算大规模力学问题的研究进展.简要介绍了以下内容:应用GPU模拟自然界的流体现象,其实质是使用有限差分法求解Navier-Stokes方程;应用GPU实现有限元法计算,使用基于GPU的共轭梯度法求解有限元方程组;应用GPU实现分子动力学计算,用GPU计算原子间短程作用力,并生成邻近原子列表;应用GPU实现量子力学Monte Carlo计算;应用GPU实现n个物体的引力相互作用,用GPU纹理存储n个物体的位置、质量、速度和加速度等.对基于图象处理器和中央处理器的计算作比较,已完成了以下基于GPU的计算:实现求解线性方程组的高斯消元法和共轭梯度法,并应用于大规模的有限元计算;加速无网格法计算;加速线性和非线性分子结构力学方法计算;用于计算分析碳纳米管的力学性能.指出GPU在大规模力学计算中的研究方向.