CRITICAL LOAD OF AN AXIALLY MOVING LIQUID FIBER IN CRIMPING STUFFER BOX

研究了轴向运动的丝束在填塞卷曲机构内的不稳定性，并得到了临界载荷，同时研究了纺丝参数对丝束弯曲失稳的影响。该理论可用于填塞箱的优化设计或改善产品质量。     

丝束轴向变角度复合材料梁的弹性分析

丝束变角度复合材料具有变刚度的特点,因此其结构分析具有相当难度．本文采用状态空间法和微分求积法联合的半解析数值方法对丝束轴向变角度复合材料梁的弯曲问题进行研究．假设纤维方向角沿梁的轴向按照任意连续函数变化,选取位移和位移的一阶导数作为状态变量,建立了丝束轴向变角度复合材料梁弹性分析的状态空间方程,将状态变量对轴向坐标的导数采用微分求积法进行求解,进而可得问题的半解析数值解．通过与现有文献及ABAQUS计算结果的比较,验证了本文方法的正确性,并对微分求积法求解本问题的收敛性进行了分析．通过数值算例研究了纤维方向角沿梁轴向的变化对丝束轴向变角度复合材料梁的位移及应力分布的影响,研究结果可为该种结构的设计提供一定的参考．     

基于连续丝束剪切技术的变角度复合材料层合板的热屈曲分析

连续丝束剪切(Continuous Tow Shearing, CTS)铺放技术是一种新的变角度层合板制作技术，这种新技术能显著减少丝束铺放过程中产生的丝束重叠和间隙等缺陷，然而，采用CTS技术铺设时，层合板的厚度将随着纤维角度的变化而变化．本文基于一阶剪切变形理论并应用Chebyshev-Ritz法对这种变厚度的变角度复合材料层合板的热屈曲问题进行了研究．假设纤维方向角沿板的长度方向按照线性变化，获得了均匀温度变化时变厚度层合板的临界热屈曲荷载．通过与现有文献的比较验证了本文方法的正确性，并进一步讨论了纤维铺设技术、纤维方向角的变化以及边界条件的不同对变角度复合材料层合板的临界屈曲温度的影响．研究结果表明，在体积相同的情况下，采用CTS铺设较传统的自动丝束铺放(AFP)可以进一步提升变角度层合板的临界屈曲温度．本文的研究结果可为变角度复合材料的设计提供一定的参考．     

钴基合金刷丝与碳化铬涂层高线速度磨损行为研究

在超高速磨损试验器上开展刷式密封磨损试验,摩擦副为GH5605钴基高温合金刷丝束和喷涂碳化铬耐磨涂层的跑道试样,最高摩擦线速度达到400 m/s. 利用扫描电镜和能谱分析研究了摩擦表面的磨损形貌及材料成分,发现试验后的碳化铬涂层存在材料剥落和刷丝材料附着,刷丝尖端出现以犁沟和涂抹为主要特征的磨损,且摩擦线速度达到400 m/s时出现刷丝尖端粘连和严重氧化现象. 通过分析刷丝尖端磨损形貌的形成机制及摩擦表面的材料转移机理,认为刷丝尖端的主要磨损机制为二体磨粒磨损,而涂层的材料剥落现象会加剧其对刷丝的磨粒磨损作用. 使用共聚焦显微镜测量了磨痕深度,并与转子离心涨大变形量进行对比分析,分析结果表明超高线速度条件下转子的离心涨大增加了刷丝束和跑道涂层间的干涉,显著加剧了摩擦副的磨损.      

壁厚对金属圆管撕裂卷曲耗能影响的研究

对置于锥型刚性底座上内径$D$为54.4\,mm的7种不同壁厚A3无缝圆钢管，在轴 压作用下撕裂卷曲破坏进行了较为系统的实验研究. 实验过程中记录了载荷-位移曲线， 并得到试件螺旋状残余变形模态. 对实验结果的分析中认为耗散能主要由撕裂能、塑性弯曲 变形能和摩擦能3部分构成. 分析结果表明，圆管壁厚对撕裂能和塑性弯曲变形能在总能耗 中所占比例的影响较明显，对摩擦能所占比例的影响甚微.     

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提出一种鼻用塞固器,在鼻中隔黏膜下切除术后,可将其放入鼻腔替代传统的填塞材料,能够保持 鼻腔通气同时起到固定鼻中隔和止血的作用. 通过有限单元法模拟塞固器和膨胀海绵在鼻腔中的工作情况,分析两者的模拟结果,比较鼻 中隔黏膜的压应力和第一主应力. 由模拟结果可知,与单一膨胀海绵作为填塞材料相比,用塞固器填塞鼻中隔黏膜受到的压应 力增加,同时第一主应力也增大,但是不会导致鼻腔黏膜的破裂. 鼻用塞固器可以在保证不破坏鼻腔黏膜的情况下适当增加对鼻腔黏膜的压力,有助于术后固 定止血并保持鼻腔通气,减少病人的痛苦.     

双层壳的双稳态力学特性理论分析和数值模拟

双稳态结构一般均由复合材料制作而成,然而复合材料有其固有的缺陷,即采用正对称铺层的层合板在弯曲过程中会产生扭转变形,而采用反对称铺层的层合板容易受到温度影响.对于各向同性材料结构,在变形过程中既没有拉弯耦合效应也没有弯扭耦合效应.本文据此建立了存在预应力的各向同性材料圆柱壳的双稳态力学模型,给出了其变形过程中的弯曲应变能和拉伸应变能的表达式.结果表明,预应力柱壳总应变能有两个极小值,故柱壳存在两个稳定状态,通过计算得到了结构卷曲半径的大小.同时,对双层壳的双稳态过程进行了有限元数值模拟.数值结果与理论模型解吻合很好.     

含有压电层的各向同性圆柱壳结构的双稳态特性分析

分析了上下表面含有压电层材料的各向同性壳体结构的双稳态特性.通过分析壳体结构内力与中面应变和柱壳曲率增量之间的关系,建立了含有压电材料的各向同性弹性柱壳的力学模型,推导给出了结构系统的弹性应变能的数学表达式.根据最小势能原理推导出实现圆柱壳双稳态的条件方程.结果表明,柱壳双稳态特性与结构系统初始曲率及电场作用形式有关.当满足一定条件时,柱壳具有双稳态,其对应于第二个平衡状态,即柱壳的第二个(卷曲)稳定状态.同时,建立了含有压电材料各向同性壳体结构的有限元模型,对其卷曲过程进行了数值模拟,获得了结构系统稳态卷曲半径和应力分布.理论与数值模拟结果的比较验证了理论模型的正确性.     

卷曲折叠充气管展开实验研究

运用气垫导轨模拟微重力条件,通过实验研究了卷曲折叠充气管在不同充气速率条件下的展开动力性能,以及不同的充气方式、不同的卷曲形式等对充气管展开性能的影响,研究表明,随着充气速率、充气方式和卷曲形式的变化,充气管端部的动力性能、管内“充气铰”的大小和展开的半径以及＂增压滞后＂现象等都发生相应的改变;且充气速率越大,充气管展开端的速度就越大。最后,本文还对不同材料的充气管的展开性能进行了研究,发现充气管内壁用钢卷尺加强,成为充气硬化（STR）管后,不仅能提高充气管的屈曲承载力,还能改善充气管的展开性能。     

单个与组合预制槽金属圆柱管能量吸收能力的试验研究

对６种规格的沿母线预制槽的低碳钢、不锈钢、铜圆柱管的２４个试件,在刚性锥头平台上（半锥角分别为 ４５°、 ２１．８°）进行了轴压下的试验;并对四种规格的低碳钢、不锈钢（每种规格材料由５个圆柱管组合）试件在半锥角为４５°刚性锥头平台上进行了组合试验,找出了各种试件的变形模态,并通过载荷－位移曲线分析了金属圆柱管能量吸收的全过程．     

单向KFRP的应变率相关的本构方程

在旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置上 ,对单向Kevlar 49纤维增强酚醛树脂复合材料(KFRP)进行了冲击拉伸试验 ,得到了应变率为 15 0 ,40 0和 15 0 0s-1下的单向KFRP的完整拉伸应力应变曲线 ;结果表明 ,单向KFRP的力学性能是应变率相关的。通过改进复合丝束模型 ,建立了计及应变率效应的单向KFRP的一维损伤宏观本构方程。     

Z-pins增强C/SiC复合材料层间I型断裂韧性

提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,经过多次反复化学气相渗透工艺,在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备Z-pins增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料。通过双悬臂梁对称弯曲试验测定了层间I型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pins增强机理,建立了层间I型裂纹扩展预测模型。结果表明：Z-pins植入平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料层压板能提高层间I型断裂韧性。Z-pins增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料层压板I型层间增强机理主要是Z-pins桥连和Z-pins拔出。层间裂纹扩展预测模型的预测结果与试验结果吻合较好。     

丝束变角度复合材料板壳结构静动力问题研究进展

近年来随着先进自动铺丝技术的发展，生产材料特性随空间位置连续变化的丝束变角度(Variable Angle Tow, VAT)复合材料已成为可能．由此制备的新型复合材料板壳结构不仅具有比传统结构更强的可设计性，而且在提升结构效率方面显示出极大的优越性，是实现航空航天工业装备高性能、轻质化发展的新的重要途径．然而，自动铺丝技术使VAT复合材料板壳结构具有了一般各向异性及面内变刚度特性，给其静动力学问题的分析带来了极大的困难．因此，发展针对该种新型变刚度复合材料板壳结构的力学模型和计算方法至关重要，这也是深入理解其复杂的力学响应机制并进一步促进其在航空航天工程中广泛应用的前提和基础．本文旨在总结近年来有关VAT复合材料板壳结构静动力问题的研究进展，着重从理论分析模型和数值计算方法等方面来简述其最新研究成果，最后讨论了目前VAT复合材料板壳结构静动力问题研究的局限性，并对未来的理论研究进行了展望．     

考虑制作缺陷的变角度纤维复合材料层合板的屈曲

假设纤维方向角沿层合板的长度方向线性变化,研究含丝束重叠、间隙等制作缺陷的变角度纤维复合材料层合板的屈曲问题．采用ABAQUS 有限元软件建立层合板的有限元模型,选用S4 壳单元计算四边简支层合板在两端压缩荷载作用下的屈曲临界荷载及屈曲模态,并进行详细的参数分析．研究结果表明：当起始角相同时,含或不含制作缺陷的层合板的屈曲临界荷载均随着终止角的增大而逐渐提高,说明纤维的不同铺设方式对层合板的屈曲性能有很大影响．含重叠缺陷的层合板的屈曲临界荷载均大于不含缺陷层合板的值,而含间隙缺陷的层合板的屈曲临界荷载均小于不含缺陷层合板的值．当层合板的重叠、间隙缺陷共存且面积相等时,层合板的屈曲临界荷载与不含缺陷时层合板的值接近,制作缺陷对变角度纤维复合材料层合板屈曲模态的影响较小．本文研究结果可为含缺陷的变角度纤维复合材料层合板设计提供一定参考．     

应变率对Gr/Al金属基复合材料力学性能的影响

利用自行研制的冲击拉伸实验装置对单向石墨纤维增强铝基复合材料实施了不同应变率下的拉伸实验。获得了材料在００００５～１３００ｓ－１应变率范围内完整的应力应变曲线。结果表明Ｇｒ／Ａｌ的应力应变曲线可分为两个部分:非线性弹脆性变形以及材料失稳后的残余变形。实验结果还表明Ｇｒ／Ａｌ是一种应变率敏感材料,随着应变率的提高,材料的拉伸强度、失稳应变以及剩余应力均相应提高。根据不同应变率下的实验结果,提出了计及应变率强化效应的复合丝束统计本构模型,模型拟合的结果与实验结果吻合得很好。拟合结果还表明,特征纤维统计分布的Ｗｅｉｂｕｌ参数（尺度参数与形状参数）均是与应变率无关的,复合材料的应变率效应主要是由基体的应变率强化效应引起的。     

考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程研究

针对岩石爆破爆炸荷载历程中未联合考虑岩石爆破动态过程和炮孔周围岩体破坏分区的不足,开展了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程及其适用性研究。联合岩石爆破动态过程和岩体破坏分区的理论解,推导了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载理论公式,比较了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程与实测炮孔爆炸压力曲线,开展了单孔爆破现场试验和相应条件下3种爆炸荷载工况的数值模拟,并对爆破振动现场实测和数值模拟结果进行了对比。研究结果表明：考虑岩体破坏分区的爆炸荷载历程包括上升段和衰减段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,上升段持续时间极短,衰减段持续时间较长且主要由填塞情况控制;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载历程理论计算结果与实测炮孔爆炸压力曲线的变化趋势一致,验证了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载理论公式的可靠性;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载工况下,单孔爆破振动波形的数值模拟结果与现场实测结果的主要特征一致,该荷载工况下质点峰值振速计算结果与现场实测值偏差率最小,绝大部分在7%以内,表明了其应用于数值模拟的优越性;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载可随岩石爆破系统条件的变化而动态调整,其可靠性好、适应性强、应用效果佳。     

水下减阻技术研究综述

在简要回顾早期减阻研究的基础上,对现有典型水下湍流减阻技术进行了较深入地分析.重点介绍了脊状表面减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水表面减阻的研究现状.分别从实验研究和理论研究两方面对其进行了阐述,并着重强调了各自的减阻机理. 此外,还简要介绍了柔顺壁面减阻、壁面振动减阻等其它减阻技术.展望了水下减阻技术今后的研究重点及其应用前景.      

高速机构动力学研究进展

高速机械动力学及其控制是机构学研究领域的一个前沿性学科,与其内容相关者涉及多个新兴学科领域.本文首先概述了高速机构动力学基础------柔性多体动力学建模理论及周期时变机械系统动力行为研究的现状及其进展状况.其次,对机械工程中常见的典型高速机构,特别是对高速连杆、凸轮机构动力学的研究现状进行了分门别类的介绍.再次,对带间隙机构动力学的研究给予了一定的关注.相应地,对柔性机构振动主动控制的研究状况也进行了简要介绍.最后,指出上述研究领域内一些值得研究的问题.      

颗粒流的动力学模型和实验研究进展

首先叙述了颗粒流研究的背景和基本概念,接着概述了颗粒流动力学研究的三种基本数学力学模型:颗粒动理论(kinetic theory)模型、摩擦塑性模型和离散元模拟模型.介绍了它们的基本原理,并分析了各个模型的优缺点和适用范围.随之,对颗粒流的实验研究情况作了简要的介绍,列举了研究中几种常用的试验方法和观测手段,以及观测到的一些典型现象.最后,我们简述了颗粒流研究的主要困难,并提出了某些有待解决的研究课题.      

颗粒聚合体碰撞破损的细观力学仿真研究

粉末和颗粒材料常常以聚合体(agglomerate,还可译成结块, 聚团等)的形式存在.无论是自然环境中还是工业处理过程中, 微小颗粒聚合体碰撞破损是一常见物理现象.近十几年来, 对颗粒聚合体碰撞研究在试验和数值模拟方面均取得了很大的进展.特别是利用颗粒离散元方法, 结合经典接触力学理论, 对微米颗粒聚合体碰撞破损的细观力学机理进行的研究, 取得了很多重要成果.基本形成了较为完善的模拟分析方法, 提出了许多新概念, 形成了目前适于分析研究的专用分析程序.本文介绍了目前国际上颗粒聚合体碰撞破损模拟研究的一般方法和理论, 总结了现有的主要研究内容及成果, 并提出一些研究展望.