复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3 个方面. 通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系. 损伤起始由卜克(Puck) 失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为. 模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层) 的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层. 以[0₃/45/-45]_S 和[45/0/-45/90]_4S 两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.      

微裂纹损伤对复合材料层板分层的影响

本文将双标量损伤模型推广,考虑层内及层间微裂纹损伤相互作用,建立了层合复合材料的多标量损伤本构关系,并将该本构关系应用于含贯穿分层层板的后屈曲分析,采用准三维有限元法研究了分层尖端场与极限损伤区演变的特点,结果表明：损伤导致裂尖区层间应力奇异性消失,引起层间应力重新分布;损伤区的发展方向取决于分层上下表面层的铺设角,能量释放率不能反映损伤和分层扩展特征,因而有必要建立基于损伤演化的分层扩展准则。     

平纹编织陶瓷基复合材料面内剪切细观损伤行为研究

采用约西佩斯库(Iosipescu)纯剪切试件,研究了平纹编织SiC/SiC和C/SiC复合材料的面内剪切应力-应变行为和细观损伤特性.通过试验获得了材料不同方向上的单调和迟滞应力-应变行为,对比分析了两种材料的剪切损伤特性,结果表明材料的剪切损伤演化规律受热残余应力水平影响严重.由试件断口电镜扫描结果发现剪切加载状态下桥连纤维承受显著的弯曲载荷和变形,据此提出了纤维弯曲承载机制,并结合裂纹闭合效应分阶段阐释了材料的剪切迟滞环形状.基于材料的剪切细观损伤机制,通过两个损伤变量表征了材料的剪切损伤演化进程,得到了材料的面内剪切细观损伤演化模型.对比发现2D-C/SiC复合材料45°方向基体裂纹的起裂应力明显小于2D-SiC/SiC复合材料,而两者0°/90°方向裂纹的起裂应力基本相同.      

Kevlar纤维增强复合材料动态压缩力学性能实验研究

通过实验较系统地研究了Kevlar纤维增强复合材料的动态压缩力学性能,实验结果表明,在冲击压缩载荷作用下Kevlar纤维增强复合材料有明显的损伤软化现象和应变率效应,针对Kevlar纤维增强复合材料动态应力应变实验曲线,提出了含损伤的率相关动态本构方程,由于所引入的损伤最反映了Kevlar纤维增强复合材料内部基体开裂、脱层、纤维断裂等多种破坏模式的总体效果,因此所提出的本构方程形式相对说来比较简便并易于嵌入目前有关冲击力学的有限元或有限差分程序,有一定的工程应用价值。     

垫衬补偿对含翘曲间隙L型层合板力学性能的影响研究

复合材料结构整体化制造中极易产生由固化变形引起的局部翘曲，该翘曲会显著削弱螺栓装配下复合材料结构的承载能力。通过试验和数值分析开展了垫衬补偿对含翘曲间隙L型层合板极限载荷恢复效率以及失效行为的影响研究。通过微观CT表征了含翘曲间隙L型层合板在螺栓装配后的损伤分布特征，并测试了其极限承载能力；对比分析了垫衬补偿对螺栓装配后含翘曲间隙L型层合板损伤和极限承载能力的影响；并借助数值分析手段定量地研究垫衬补偿对含翘曲间隙L型层合板承载能力恢复的影响机制。结果表明：紧固强制消除翘曲间隙会在螺栓装配区域和拐角处出现一定程度的分层损伤，其中拐角区域的分层损伤可能是促使加载过程分层快速扩展，并导致极限承载能力大幅下降的主要原因；垫衬补偿技术极大的减小了装配损伤的出现，尤其是避免了拐角区域分层损伤的快速扩展，有效提高含翘曲间隙复合材料结构的极限承载能力。     

含分层损伤的变角度纤维层合板后屈曲力学行为研究

变角度（Variable angle tow,简称VAT）纤维复合材料层合板的纤维方向能够连续变化．相较于传统的直线纤维层合板,此类层合板通过刚度变化,整体的屈曲性能可以得到很大的提升．本文利用ABAQUS 自带的粘结单元(Cohesive Element)对预制圆形分层的变角度纤维复合材料层合板进行了后屈曲力学行为研究,得出载荷位移曲线,以及分层裂纹萌生和扩展的情况．然后本文分析了预制分层尺寸对板的刚度、前后屈曲阶段和裂纹萌生及扩展的影响．最后通过变角度纤维层合板和直线纤维层合板的后屈曲力学行为进行对比,深入探索了变角度复合材料层合板在抵抗分层裂纹萌生和扩展方面的优势．     

猪后腿肌肉的动态拉伸性能

利用生物材料试验机和套管式高聚物霍普金森拉杆装置,试验得到了猪后腿肌肉在宽应变率范围 (0.02~2100s-1)内沿纤维方向和垂直纤维方向的拉伸应力应变曲线。编写程序对动态试验中高聚物杆波 的弥散和衰减效应进行了修正。对试验结果采用了1维方差统计分析,结果发现:应变率从0.02s-1上升到 2100s-1,肌肉在2个加载方向上流动应力都显著提高,即具有明显的应变率效应;低应变率下,纤维方向的 极限强度比垂直纤维方向的大,而破坏应变无显著不同,准静态应力应变曲线的形状与其他软组织类似,开始 为足趾区,后进入线性区,接着又有1段非线性区,最后达到极限强度,试样逐渐破坏;高应变率下,应力应 变曲线无足趾区,这是因为组织中的螺旋结构来不及伸直所致。垂直纤维方向比纤维方向有更高的初始模 量,但随应变增加,两者流动应力无显著差别,且纤维方向流动应力有逐渐高于垂直纤维方向的趋势。     

极端环境下连续碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的力学行为

连续纤维增韧的碳化硅复合材料(以下简称C/SiC),作为超高速飞行器热结构使用时,有可能在高温环境下受到高速撞击的作用,因此,掌握其在极端环境(高温、高应变率)下的力学性能是进行结构安全设计的基础。本文采用具有高温实验能力的分离式Hopkinson杆,在293~1273K温度范围内进行了动态压缩力学性能测试,研究了环境温度和加载速率对材料力学性能的影响。结果表明:C/SiC复合材料的高温压缩力学性能主要受应力氧化损伤和残余应力的共同影响。实验温度低于873K时,应力氧化损伤的影响很小,而由于增强纤维和基体界面残余应力的释放使界面结合强度增大,复合材料的压缩强度随温度的升高而增大;当实验温度高于873K时,应力氧化损伤加剧,其对压缩强度的削弱超过残余应力释放对强度的贡献,材料的压缩强度随温度的升高逐渐降低。由于应力氧化损伤受应变率的影响很大,当温度由873K升高至1273K时,高应变率下压缩强度降低的程度要比应变率为0.0001/s时低得多。     

含冲击损伤复合材料层压板压缩破坏机制的声发射特性研究

复合材料层压板在压缩破坏过程中包含了丰富的声发射信息.为了研究含冲击损伤的复合材料层压板的压缩破坏机制,采用声发射观察层压板的压缩破坏过程,通过分析声发射信号的特征规律,表征了在压缩载荷下材料损伤的形式及其演化过程.结果表明:通过对声发射参数(撞击计数、能量、幅值、事件位置)和载荷曲线进行综合分析,发现损伤的发展过程经过了初始阶段、平稳扩展期和断裂阶段,冲击造成的分层区域最先出现屈曲并最早破坏;在损伤初始阶段和平稳扩展期间,损伤是一种渐进式的增长,层压板具有一定的承载能力;在断裂阶段损伤快速扩展,层压板的承载能力迅速下降,在出现纤维密集断裂的现象后整体破坏.     

缝合复合材料层合板拉伸疲劳损伤及其机理

对有、无缝合复合材料层合板的拉伸疲劳性能进行了试验研究,考察了0^\circ缝合对复合材料光滑板拉伸疲劳损伤扩展规律的影响. 通过有限元素法分析了有、无缝合复合材料层合板的应力状态分布情况,对缝合复合材料层合板的拉伸疲劳损伤及其扩展机理进行了分析. 研究表明,缝合改变了复合材料层合板拉伸疲劳损伤起始与扩展的机理,针脚附近的面内正应力\sigma_{x}与层间剪应力的集中对层合板拉伸疲劳损伤的发生与扩展有着重要的作用,自由边界处的层间集中应力对缝合板的疲劳性能也有影响. 自由边界处的层间集中应力是导致无缝合层合板疲劳损伤及其扩展的主要原因.      

薄板坯连铸结晶器中铸坯凝固壳应力发展的有限元分析

对薄板坯连铸结晶中铸坯凝固壳应力的发展过程建立了有限元分析模型。在计算铸坯温度场和凝壳厚度分布的基础上用热弹粘性模型数值模拟了凝固壳中的应力发展过程，同时得到了凝壳断面从结晶器液池顶面到结晶器出口处的移支过程中各部位裂纹产生倾向的大小。模型中考虑了钢水静压力的作用和结晶器锥度，计算结果合理。     

单向连续竹纤维增强聚合物的拉伸性能

描述了一种单向连续竹纤维增强聚合物试件的制作工艺过程:研究了该型竹纤维增强复合材料的拉伸力学性能。将该性能与单向连续玻璃纤维增强聚合物的拉伸力学性能进行了比较,发现竹纤维增强聚合物的拉伸模量要明显高于玻璃纤维增强聚合物的对应值,而其拉伸强度和玻璃纤维增强聚合物的相当。同时发现竹纤维增强聚合物的纵向延展性较小,呈现一次性单界面脆性断裂状况,相对地,连续玻璃纤维增强聚合物的拉伸断裂是多次多界面分段断裂。     

多跨连续长索在支座处存在滑移的非线性静力分析

提出了一种考虑悬索结构在中支座存在滑移时的非线性计算方法，推导出关于索元无应力长度发生变化时的滑移刚度公式，并进行了实例计算。计算结果表明，本文的方法正确，计算精度满足实际工程要求，并能使计算工作且大大减少，可供悬索结构设计、施工时参考。     

Domain versus boundary computation of flow sensitivities with the continuous adjoint method for aerodynamic shape optimization problems

This paper considers the computation of flow sensitivities that arise in the context of design optimization. The scheme is based on the solution of a continuous adjoint problem, for which two complementary, although analytically equivalent, approaches have been routinely used for some time now, yielding expressions for the sensitivities that contain, respectively, boundary and domain integrals. These concepts are clarified in a unified framework and their equivalence at the continuous level is demonstrated through appropriate algebraic manipulations. Equivalence at the discrete level is assessed through numerical testing for various aerodynamic shape‐optimization problems. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

整体道床无缝轨道纵向温度力分布规律研究

以整体道床上的新型轨道为基础，提出了一种用于计算此类轨道纵向温度力分布的新模型——轨道爬行。以此为计算依据，给出了计算温度力分布的公式和方法，指出了其一般性和在设计此类轨道时应注意的事项，同时建立了其与传统的分析模型之间的关系。     

Phragmén-Lindelöf and continuous dependence type results in a Stokes flow

This paper investigates the asymptotic behavior of end effects for a Stokes flow defined on a three-dimensional semi-infinite cylinder. With homogeneous Dirichlet conditions of the velocity on the lateral surface of the cylinder, solutions either grow or decay exponentially in the distance from the finite end of the cylinder. In the case of decay, the effect of perturbing the equation parameters is also investigated.     

THE TEMPERATURE ANALYSIS OF THE BILLET WITH PHASE CHANGE DURING CONTINUOUS CASTING

ＴＨＥＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＴＨＥＢＩＬＬＥＴＷＩＴＨＰＨＡＳＥＣＨＡＮＧＥＤＵＲＩＮＧＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳＣＡＳＴＩＮＧＺｈａｏＸｉｎｇ－ｈｕａ（赵兴华）,ＣｈｅｎｇＸｉａｏ－ｄｉ（陈小弟）（ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ...     

表面张力液柱中粘性引起的模分裂

本文证明粘性会使得表面张力所维持的无限长液柱运动模发生分裂(或称分叉),结果是每个轴对称模一次分裂为无穷个。这种现象类似于原生物理学中的 Zeemen 和 Stark效应。无粘条件下的不稳定模分裂后还出现可数无穷个负势能的稳定模,这是关于连续系统模稳定性的 Hare 和 Chandrasekhar 势能判据的一个反例,并解释其物理意义。     

Experimental Identification Technique of Nonlinear Beams in Time Domain

In previous papers, the authors proposed a new experimental identification technique applicable to elastic structures. The proposed technique is based on the principle of harmonic balance and can be classified as a frequency domain technique. The technique requires the excitation force to be periodic. This is, in some cases, a restriction. So another technique free from this restriction is of use. In this paper, as a first step for developing such techniques, a technique applicable to beams is proposed. The proposed technique can be classified as a time domain technique, two variations of which are proposed. The first method is based on the usual least-squares method. The second is based on solving a minimization problem with constraints. The latter usually yields better results. But in this method, an iteration procedure is used which requires initial values for the parameters. To obtain the initial values, the first method can be used. So both methods are useful. Finally, the applicability of the proposed technique is confirmed by numerical simulation as well as experiments.     

一种快速逼近Fourier级数和的实用算子

采用逐次平均方法,构造一种快速逼近Ｆｏｕｒｉｅｒ级数和实用算子（逐次平均算子）,用这种算子来取代Ｆｏｕｒｉｅｒ级数无穷项求和,具有误差小,收敛速度快的功能。志Ｆｅｊｅｒ算子比,它的逼近性要好得多,与Ｋｏｒｂｉｎ算子比,它更易于实用,理论证明其一般性,计算著名的Ｓａｆｆｍａｎ－Ｔａｙｌｏｒ粘性指进问题时应用逐次平均算子,既不产生大的截断误差,又能避免高频振荡而使计算过程稳定,得到很好的结果。