Interlaminar Crack Propagation Analysis of ENF Specimens Based on the Cohesive Zone Model北大核心CSCD

Based on the classical laminated plate theory and the cohesive zone model, a theoretical model for general delamination cracked laminates was established for crack propagation of pure mode Ⅱ ENF specimens. Compared with the conventional beam theory, the proposed model fully considered the softening process of the cohesive zone and introduced the nonlinear behavior of ENF specimens before failure. The predicted failure load is smaller than that under the beam theory and closer to the experimental data in literatures. Compared with the beam theory with only fracture toughness considered, the proposed model can simultaneously analyze the influences of the interface strength, the fracture toughness and the initial interface stiffness on the load-displacement curves in ENF tests. The results show that, the interface strength mainly affects the mechanical behavior of specimens before failure, but has no influence on crack propagation. The fracture toughness is the main parameter affecting crack propagation, and the initial interface stiffness only affects the linear elastic loading stage. The cohesive zone length increases with the fracture toughness and decreases with the interface strength. The effect of the interface strength on the cohesive zone length is more obvious than that of the fracture toughness. When the adhesive zone tip reaches the half length of the specimen, the adhesive zone length will decrease to a certain extent. Copyright ©2022 Applied Mathematics and Mechanics. All rights reserved.     

Mechanics problems in application of acoustic black hole structures

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应是利用薄壁结构几何参数或者材料特性参数的梯度变化,使波在结构中的传播速度逐渐减小,理想情况下波速减小至零从而不发生反射的现象.实现声学黑洞效应的主要方法是将薄板结构的厚度按照一定规律裁剪,利用声学黑洞可以将结构中传播的波动能量聚集在特定的位置.声学黑洞对波的聚集具有宽频高效、实现方法简单灵活等特点,在薄壁结构的减振降噪、能量回收等应用中具有明显的优势.本文介绍声学黑洞效应的基本原理、相关力学问题的研究进展和有待进一步探究的问题,包括声学黑洞结构的建模与分析方法、实验研究方法及进展、声学黑洞结构中波的传播与操控,以及声学黑洞在工程应用中的相关问题.     

基于FBG非均匀反射谱特性的波纹型复合材料蒙皮渐进损伤监测

提出利用布拉格光纤光栅(FBG)非均匀反射谱监测复合材料结构渐进损伤的方法。对波纹型复合材料蒙皮样件进行有限元分析,预测蒙皮在拉伸载荷下失效过程和对应临界失效载荷大小,据此重构FBG传感器的非均匀反射谱,获得铺层失效与传感器反射谱的对应关系,并为实验光谱记录提供参考。构建一种基于FBG非均匀反射谱监测波纹型复合材料蒙皮渐进损伤的监测系统,进行拉伸实验,实验结果表明系统实测光谱与重构的反射谱趋势相同,对应失效载荷与预测值最大误差为8.6%,证明了采用FBG传感器监测波纹型复合材料蒙皮渐进损伤的可行性。该方法通过实时监测预测失效范围内FBG非均匀反射谱的变化,简单易行,测量及传导光路实现全光纤化,无需破坏试件结构,即可实现对波纹型复合材料蒙皮渐进损伤程度及铺层失效次序精确、迅速的在线监测,研究结果为智能蒙皮动态监测领域提供新的思路和实验参考。     

RESEARCH FOR ATTRACTING REGION AND EXIT PROBLEM OF A PIECEWISE LINEAR SYSTEM UNDER PERIODIC AND WHITE NOISE EXCITATIONS

离出行为是随机非线性系统的重要现象之一,而离出问题是除随机动力系统理论以外考察随机非线性系统随机稳定性的另一种重要的方法.分段线性系统是一个经典的非线性动力学模型,受随机激励后成为随机系统,但并不是严格的随机动力系统,因而此时随机动力系统理论也不适用.为了研究同时受周期和白噪声激励的分段线性系统,首先使用Poincaré截面模拟其在无噪声时确定性的动力学行为,然后使用Monte Carlo模拟对其在白噪声激励下的离出行为进行了数值仿真分析.其次,为了考察离出问题中的重要参数,系统的平均首次通过时间（mean first-passage time,MFPT）,使用van der Pol变换,随机平均法,奇异摄动法和射线方法进行了量化计算.通过对理论结果与模拟结果的对比分析,得到结论：当系统吸引子对应的吸引域边界出现碎片化时,理论结果与模拟结果的误差极大;而当吸引域边界足够光滑的以后,理论结果与模拟结果才会相当吻合.     

INVESTIGATION OF MOLECULAR SPRING ON VIBRATION ISOLATION MECHANISM AND MECHANICAL PROPERTIES

分子弹簧是一种由水和布满微孔的疏水沸石颗粒组成的隔振缓冲介质. 当振动、冲击发生时,随着外力对分子弹簧加载卸载,水分子进出沸石颗粒的疏水微孔,实现能量的存储、释放和消耗. 通过疏水微孔内液柱受力平衡和界面层热力学平衡分别建立了水侵入单条疏水微孔的模型,分段模拟了水分子侵入大量疏水微孔的过程,推导了分子弹簧受压过程中力-变形的关系,采用准静态试验对理论分析结果进行了验证,并计算了分子弹簧的隔振性能,结果表明：理论与试验结果具较好的一致性,分子弹簧在加载与卸载过程中呈现高-低-高的三段分段刚度,使得分子弹簧隔振系统在工作段具有极低固有频率,特别适合于低频重载情况下的隔振缓冲应用.     

考虑塑性和刚度不匹配的焊接残余应力估算

现有残余应力计算方法未能考虑材料塑性变形和焊接接头刚度不匹配的影响,使得焊接残余应力计算结果和实际残余应力存在较大偏差.在2219-T87铝合金钨极氩弧焊焊接头残余应力测试基础上,提出一种基于非线性有限元和材料弹性模量分区的残余应力—释放应变曲线的残余应力计算方法,研究了材料塑性变形和接头刚度不匹配对焊接残余应力计算的影响.结果表明,焊接接头中非均质材料塑性不匹配可以引起对于残余应力计算的较大误差;材料塑性变形对残余应力的影响大于接头刚度不匹配对残余应力的影响.所提出方法修正了传统方法在焊接接头的残余应力计算中由于未考虑接头非均质材料塑性不匹配而引起的误差.     

应力诱发表面扩散下晶内微裂纹演化的有限元分析

基于物质表面扩散和蒸发-凝结的经典理论,对金属材料内部晶内微裂纹在应力诱发下不稳定外形演化进行了有限元模拟。结果表明,在拉压载荷下,椭圆形晶内微裂纹演化分叉存在临界形态比βc,当β＜βc 时,微裂纹逐渐圆柱化;当β≥βc 时,微裂纹分节为三个裂腔。微裂纹分节时间随形态比增大成近似线性减小,随着拉压应力的增大,微裂纹发生分节的临界形态比和分节时间都将减小。     

铝合金蚀坑损伤参量评述

将蚀坑损伤参量分成4 类:尺寸、形状、统计和试验参数,回顾了蚀坑深度、投影面积、长宽比、矩形比、表面腐蚀率、分形维数、预腐蚀系数等影响剩余寿命的主要损伤参量,总结了蚀坑等效成初始裂纹的方法.     

基于匹配追踪算法的复合材料冲击损伤成像技术

基于Lamb波和匹配追踪算法,提出了一种损伤成像方法,对复合材料冲击损伤进行在线的连续 监测。首先针对Lamb波监测的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,将信号分解为多个Chirplet原 子的线性组合,建立了Lamb的弥散效应与Chirplet原子的调频斜率之间的关系,模拟结果表明Chirplet原 子能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号;根据损伤前与损伤后的信号差别,提出了一种基于Lamb波能量 特征差异提取的损伤指标;进一步采用改进的RAPID算法进行损伤成像,将损伤情况可视化。结果表明所 提方法可行和有效。