分析弹性支承输流管道的失稳临界流速

研究了两端弹性支承输流管道静态失稳和动态失稳临界流速. 根据梁模型横向弯曲振动模态 函数，由两端弹性支承的边界条件得到了其模态函数的一般表达式. 根据特征方程具体分析 了弹性支承刚度、质量比、流体压力和管截面轴向力等主要参数对失稳临界流速的影响. 数 值计算结果表明，管道在弹性支承下的动力稳定性比较复杂，在较小的弹性支承刚度和较小 的参数范围内，管道主要表现为动态颤振失稳；在较大的弹性支承刚度和较大的参数作用下， 管道的失稳形式主要表现为静态失稳；并且失稳临界流速随流体压力和管截面轴向压力的增 加而下降，随管截面轴向拉力的增加而上升.     

周期弹性支承管的稳定性研究

运用传递矩阵方法得到了周期弹性支承载流管的传播常数,利用传播常数确定失稳的临界状态,进而对稳定性进行了研究。结果表明：周期弹性支承管结构的静力型失稳与杆的轴压失稳情况相似,等效的轴向压力由无量纲化的流体流速和流体压力确定。弹性支座的线刚度和转角刚度之间须满足一定的匹配关系才能使结构得到相应较高的临界的等效压力。     

弹性拱静力屈曲的突变行为

应用数学突变理论研究弹性两铰拱的静力屈曲，分析中考虑了拱的挠度变化、轴向压缩变形的影响，得到拱面内失稳的尖点突变模型和临界条件。     

边界受限下的轴向压缩超弹性圆管的失稳分析

橡胶制品广泛应用于社会生产和日常生活。本文主要研究外边界受限的超弹性圆管受轴向压缩时的稳定性问题,在非线性弹性理论框架下推导控制方程,对其进行线性分岔分析。考虑沿轴向对称分布的失稳模态,得到临界模态以及对应的临界主伸长,同时刻画出临界主伸长以及临界应力与壁厚之间的关系。结果表明,圆管壁越薄,发生分岔时的临界主伸长更小,更不容易发生失稳。此外,结合封隔器的密封原理,推导出封隔器圆筒在进行油液密封时轴向应力与接触应力的表达式,修正了此前的推导结果,为封隔器在密封性能的判断上提供理论依据。     

轴对称转动粘弹性简支梁的稳定性分析

建立了轴对称转动粘弹性不可移简支梁的几何非线性动力学模型.应用Laplace变换和摄动法分析了超静定粘弹性杆的平衡解,得到了转动粘弹性梁的预应力平凡平衡态.应用Galerkin和摄动法得到了粘弹性梁平凡解的失稳临界值,分析了梁轴向伸长对失稳临界值的影响;通过极限分析获得了系统的后屈曲稳态近似解,讨论了平凡解二次分岔后的近似稳定吸引域,并数值仿真了系统平凡解失稳后初始挠动向稳态解的演变.本文的大范围稳定性分析发现了粘弹性系统叉式分岔失稳后的平凡态又经二次鞍结点分岔而稳定以及单向跳跃(突变)等不同于弹性系统的现象.     

热超弹性圆筒的不稳定性

应用有限变形弹性理论分析了受内压和轴向拉伸作用的不可压热超弹性圆筒发生非均 匀变形的不稳定性问题. 受内压和轴向拉力作用的薄壁圆筒，当内压较小时，圆筒发生稳定 的均匀膨胀变形；当内压大于某一临界值时，圆筒产生复杂的非均匀变形，其一部分膨胀变 形很大，形如``灯泡'状，而另一部分仅仅是轻微膨胀，且此时的变形是不稳定的. 但对厚 壁圆筒而言，不论压力如何，总是发生稳定的均匀膨胀变形. 根据圆筒的变形曲线，给出了 圆筒可以发生不稳定变形的临界厚度. 同时，讨论了轴向拉伸和温度场对圆筒变形的影响.     

环咽肌压力测量及扩张治疗装置的设计开发与实验验证

针对环咽肌失弛缓导致的吞咽障碍难以精确评价和准确治疗的问题,以超弹性膨胀气囊受力变形分析为基础,设计开发了环咽肌压力测量及扩张治疗装置。研究表明,膨胀气囊外部压力与充气体积、气囊内压、材料性能、结构尺寸存在着明确的非线性关系,进而利用多元回归分析确定治疗装置中膨胀气囊外部压力(环咽肌对气囊压力)与气囊内压、加压容器体积改变量之间的函数关系式,将环咽肌压力测定转化为充气压力与体积的测量问题。力学验证实验表明,环咽肌压力测量及扩张治疗装置简单可靠、测量结果准确有效,可用于环咽肌失弛缓吞咽障碍程度的精确评定,并为患者提供准确的、个性化的治疗方案。     

轴压作用下充液圆柱壳屈曲的实验研究

本文从实验及理论两个方面对充满液体的圆柱壳在轴向压力作用下液体内压的变化进行了实际测试及理论定性分析．采用薄壳理论分析了屈曲前液体内压随轴向压力的变化规律，讨论了壳材料、几何参数及边界约束对内压的影响．通过实验实际测定了内压随轴向压力的变化规律．通过实验手段测定了充满液体的圆柱壳临界载荷、屈曲模态，讨论了充满液体的圆柱壳的承载能力等问题．     

气压对压力容器前壁超高速撞击损伤的影响

充气压力容器在超高速撞击下的典型损伤包括穿孔及其边缘的裂纹失稳破坏,会导致气体泄漏或爆炸,内压对容器前壁损伤的影响仍不明确。以不同内压的球形铝合金充气压力容器为研究对象,开展了球形铝合金弹丸超高速撞击实验和数值模拟计算,分析了内充气体压强对前壁穿孔形貌特征、穿孔直径、孔边环向应力等的影响规律和影响机理,讨论了气体冲击波的传播行为及影响前壁穿孔边缘裂纹失稳破坏的机制。结果表明:前壁穿孔边缘内翻边形貌与内压相关,内压越高,弯折程度越轻;穿孔直径与内充气体压强正相关,但气体对孔径的影响远小于容器壁厚及撞击速度的影响;穿孔边缘使裂纹失稳破坏的环向拉应力不仅受到后壁反射冲击波的影响,也与容器壁内应力波的传播有关,与内压成正比。     

空间折叠薄膜管的充气展开动力学实验研究

空间折叠薄膜管是空间充气展开结构的基本支撑部件, Z形折叠是充气展开管的基本折叠方式之一. 针对空间微重力环境, 建立了折叠薄膜管的充气展开实验系统, 采用气浮导轨, 解决了地面重力对充气展开过程的影响; 采用非接触式的光电测量方式, 有效地避免了接触式传感器对充气展开过程的干扰. 针对V形折叠薄膜管, 研究了不同的充气流量、薄膜管尺寸效应以及展开端有无有效载荷对充气展开动力学特性的影响; 通过实验研究, 选择充气流量、管子直径和载荷质量为主定参量, 对充气展开过程进行量纲分析和实验误差分析, 结果表明, 折叠薄膜管的充气展开最大速度与充气的体积流量成正比, 与管直径的立方成反比.      

Experimental investigation on macroscopic domain formation and evolution in polycrystalline NiTi microtubing under mechanical force

This paper reports the experimental results on macroscopic deformation instability and domain morphology evolution during stress-induced austenite → martensite (A→M) phase transformation in superelastic NiTi polycrystalline shape memory alloy microtubes. High-speed data and image acquisition techniques were used to investigate the dynamic and quasi-static events which took place in a displacement-controlled quasi-static tensile loading/unloading process of the tube. These events include dynamic formation, self-merging, topology transition, convoluted front motion and front instability of a macroscopic deformation domain. The reported phenomena brought up several fundamental issues regarding the roles of macroscopic domain wall energy and kinetics as well as their interplay with the bulk strain energy of the tube in the observed morphology instability and pattern evolution under a mechanical force. These issues are believed to be essential elements in the theoretical modeling of macroscopic deformation patterns in polycrystals and need systematic examination in the future.     

Post-bifurcation analysis of a thin-walled hyperelastic tube under inflation

We consider the problem of bulging, or necking, of an infinite thin-walled hyperelastic tube that is inflated by an internal pressure, with the axial stretch at infinity maintained at unity. We present a simple procedure that can be used to derive the bifurcation condition and to determine the near-critical behaviour analytically. It is shown that there is a bifurcation with zero mode number and that the associated axial variation of near-critical bifurcated configurations is governed by a first-order differential equation that admits a locally bulging or necking solution. This result suggests that the corresponding bifurcation pressure can be identified with the so-called initiation pressure which featured in recent experimental studies. This is supported by good agreement between our theoretical predictions and one set of experimental data. It is also shown that the Gent material model can support both bulging and necking solutions whereas the Varga and Ogden material models can only support bulging solutions. Relevance of the present method to the study of non-linear wave propagation in a fluid-filled distensible tube is also discussed.     

超弹性形状记忆合金管单向拉伸试验的数值模拟

NiTi形状记忆合金具有很强的超弹性行为，这种超弹性行为是由于材料在应力作用下发生可逆的马氏体相变所引起。最近Sun和Lee^[4]在NiTi形状记忆合金管单向拉伸试验中观测到，应力诱导马氏体相变具有螺旋带状的形貌特征，本文对此作了数值模拟研究。采用包含应变软化效应的三线性本构关系，建立了NiTi形状记忆合金管的三维有限元模型。通过迭代计算，成功地再现了试验中所观察到的螺旋状相变带从形成到长大的全过程。数值计算结果表明，产生这一独特现象的力学机制，在于NiTi形状记忆合金管在拉伸状态下出现的局部变形失稳极其传播。     

Beading instability in soft cylindrical gels with capillary energy: Weakly non-linear analysis and numerical simulations

Soft cylindrical gels can develop a long-wavelength peristaltic pattern driven by a competition between surface tension and bulk elastic energy. In contrast to the Rayleigh–Plateau instability for viscous fluids, the macroscopic shape in soft solids evolves toward a stable beading, which strongly differs from the buckling arising in compressed elastic cylinders.This work proposes a novel theoretical and numerical approach for studying the onset and the non-linear development of the elasto-capillary beading in soft cylinders, made of neo-Hookean hyperelastic material with capillary energy at the free surface, subjected to axial stretch. Both a theoretical study, deriving the linear and the weakly non-linear stability analyses for the problem, and numerical simulations, investigating the fully non-linear evolution of the beaded morphology, are performed. The theoretical results prove that an axial elongation can not only favour the onset of beading, but also determine the nature of the elastic bifurcation. The fully non-linear phase diagrams of the beading are also derived from finite element numerical simulations, showing two peculiar morphological transitions when varying either the axial stretch or the material properties of the gel. Since the bifurcation is found to be subcritical for very slender cylinders, an imperfection sensitivity analysis is finally performed. In this case, it is shown that a surface sinusoidal imperfection can resonate with the corresponding marginally stable solution, thus selecting the emerging beading wavelength.In conclusion, the results of this study provide novel guidelines for controlling the beaded morphology in different experimental conditions, with important applications in micro-fabrication techniques, such as electrospun fibres.     

高导无氧铜杆的冲击拉伸断裂系列实验以及基于样本体积单元的分析

采用Hopkinson装置和一种基于一级气体炮的高速冲击拉伸断裂装置,研究了无刻槽高导无氧铜 (OFHC)杆在一系列冲击拉伸速度下的断裂。当冲击拉伸速度大于40m/s时,断裂位置总在冲击拉伸端附 近,此速度被确定为OFHC的实验临界冲击拉伸速度。一种受单轴冲击拉伸荷载的、中心含椭球空穴的样本 体积单元被用于数值模拟所含空穴的增长与失稳的过程。OFHC的J-C与Z-A 本构关系用于描述基体材料 的动态响应。讨论了空穴失稳条件并提出以空穴形状演化为判据,比较了空穴失稳时的样本体积单元平均径 向应变与无刻槽杆的冲击断裂应变。也用这种样本体积单元模型分析了OFHC的实验临界冲击拉伸速度。     

核电690合金传热管微动疲劳试验及损伤机理分析

核电蒸汽发生器传热管在微幅磨损与交变载荷的作用下形成微动疲劳,导致其表面裂纹萌生和扩展乃至破裂,从而影响反应堆的安全. 为研究径向载荷以及轴向交变应力对690合金管微动疲劳寿命的影响规律,开展690合金管管材的微动疲劳试验,获得690合金管管材的微动疲劳寿命曲线,并与相关研究数据进行对比分析,以便探讨材料在微动疲劳下的寿命模型. 对不同载荷下的690合金管试样的磨痕表面进行三维形貌和扫描电镜观测,分析磨损表面的损伤机理;对不同载荷下的690合金管试样断口的宏观与微观形貌进行表征,分析裂纹萌生、起裂过程及其失效机理. 结果表明690合金管与403不锈钢(SS)抗振条间的磨损机理为剥层及磨粒磨损;690合金管在径向载荷作用下于微动磨损处产生裂纹源,裂纹在轴向交变应力的作用下不断向内部扩展,最终导致断裂;其断裂形式为解理疲劳断裂.      

全尺寸隔水管在复杂应力状态下的力学特性试验研究

为对隔水管在复杂应力状态下的力学特性进行试验研究,研制了能够模拟高液压环境下管柱力学行为的特殊试验装置——深水管柱力学模拟试验系统,并借助该系统对全尺寸隔水管在受内外压条件下进行了力学特性模拟试验。结果表明:试验系统运行良好,能够有效地按照要求进行加载、卸载。试验中通过对隔水管试件进行内外压加载,同时对系统两端的轴向活塞加压,消除了由于内外压产生的轴向力,实现了在内外压条件下的隔水管力学特性模拟试验。通过在管柱外壁粘贴电阻应变片,得到了其真实径向应变与环向应变随内外压变化的关系曲线,并通过分析计算得到了试件的真实应力状态。由于隔水管加工制造等方面的误差,真实的应变数据、应力状态与理论推导结果并不重合。为了提高深水作业的安全性与经济性,可以借用试验结果对理论推导值进行修正,也说明了用试验方法进行隔水管力学特性研究的重要性。该试验系统为深水作业管柱等的模拟试验提供了一个良好的平台,能够有效降低深水钻采作业的风险,提高深水钻采作业的经济性与安全性,具有较高的推广应用价值。     

Finite torsion and shearing of a compressible and anisotropic tube

The finite deformation of a hyperelastic, compressible and anisotropic tube subjected to torsion, circular and axial shearing is studied. The analysis is carried out for a class of Ogden elastic material and the governing non-linear equations are solved numerically with the Runge–Kutta method. The solution is used to study the effects of a specific material model on the local volume change and the circumferential stretch ratio.