Study on wave dispersion characteristics of piezoelectric sandwich nanoplates considering surface effects

In this study, the wave propagation properties of piezoelectric sandwich nanoplates deposited on an orthotropic viscoelastic foundation are analyzed by considering the surface effects (SEs). The nanoplates are composed of a composite layer reinforced by graphene and two piezoelectric surface layers. Utilizing the modified Halpin-Tsai model, the material parameters of composite layers are obtained. The displacement field is determined by the sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The Euler-Lagrange equation is derived by employing Hamilton’s principle and the constitutive equations of piezoelectric layers considering the SEs. Subsequently, the nonlocal strain gradient theory (NSGT) is used to obtain the equations of motion. Next, the effects of scale parameters, graphene distribution, orthotropic viscoelastic foundation, and SEs on the propagation behavior are numerically examined. The results reveal that the wave frequency is a periodic function of the orthotropic angle. Furthermore, the wave frequency increases with the increase in the SEs.

     

负高斯曲率曲面薄壁管吸能特性研究

为设计出具备优良吸能特性的薄壁结构,提出一种新型负高斯曲率曲面圆形横截面薄壁管(negative Gaussian curvature surface circular tube, NGC-C)。利用经验证的有限元分析方法对其进行轴向动态冲击模拟,提取各项性能指标,借助复杂比例评估法(complex proportion assessment, COPRAS)将其与传统薄壁吸能结构进行了综合性能对比。采用拉丁超立方抽样法从设计空间中提取样本点并获取各样本点对应性能响应值,建立代理模型。基于该代理模型,借助改进非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ)对其进行了多目标优化设计。结果表明：NGC-C综合性能优于传统薄壁吸能结构,经优化后比吸能提高了16.47%,有效压溃长度降低了12.40%,质量减少了20.18%。将负高斯曲率曲面形态引入薄壁管构型,能够提高薄壁管的耐撞性和轴向抗变形能力。

     

陡倾滑面滑坡锯齿形抗滑桩力学性能研究

陡倾滑面滑坡推力竖向分力显著,基于滑坡推力水平假定与普通抗滑桩相互作用不充分这一问题,建立锯齿形抗滑桩结构。依据梯形分布滑坡推力的假设,推导了受荷段内力计算公式,采用Winkler弹性地基理论推导了锚固段内力计算公式,并开展锯齿形抗滑桩的力学性能研究。分析表明,(1)随着滑面倾角的增加,锯齿形抗滑桩的受荷段、锚固段的弯矩、剪力以及侧应力均减小,内力减小幅度随之增大;(2)滑面倾角在20°～40°时,随着滑面倾角的增加,锚固段的理论最小长度在逐渐增加,40°时锚固段的长度为4.2 m达到最大值,且该长度仅占整个桩长35%,远小于按现行规范取得的锚固段长度最大值(1/2总桩长),桩侧摩阻力就可以完全满足竖向力学平衡;(3)将锯齿形抗滑桩与普通抗滑桩内力对比,受荷段和锚固段的弯矩减小34%、剪力减小36%及桩侧应力减小幅度大于30%,力学性能良好。     

基于物理中面FGM板屈曲的有限元分析

基于物理中面的概念,根据最小势能原理推导了功能梯度材料FGM薄板屈曲的有限元控制方程,求得临界荷载的有限元解。利用FGM板的屈曲方程与参考均匀板的屈曲方程之间的相似性,建立了FGM板的临界荷载与参考均匀板的临界荷载之间的相似转换关系式,从而将FGM板临界荷载的计算转变为参考均匀板的临界荷载和材料不均匀系数的计算,极大地提高了计算效率,为FGM的推广起积极的推动作用。通过数值算例,将由有限元法和转换关系式得到的临界荷载进行了比较,并讨论了边界条件、荷载工况、材料组成和几何尺寸等对FGM板临界荷载的影响。     

通过表面机械加工调控Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的结构和韧性

作为一种新型结构材料,非晶态合金的韧性需要进一步提高.提高非晶态合金韧性的方法有引入枝晶相、调整其成分改变其泊松比影响其剪切带衍生、裂纹扩展等.本文通过表面机械加工的方法来调控非晶态合金的微观结构及韧性.我们采用真空电弧熔炼、亚稳态薄板离心浇铸系统制备了Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅(原子百分比)(Vit105)非晶合金板,并用表面机械研磨处理方法 (surface mechanical attrition treatment, SMAT),在Vit105板上形成纳米尺度局域类晶体序结构.基于差示扫描量热分析、纳米压痕实验,我们发现SMAT处理后的Vit105合金板表面附近弛豫焓更低,微观结构更加均匀、稳定.通过显微维氏硬度计测试,发现SMAT处理后样品的表面附近硬度增大,硬度值分布也更均匀.通过三点弯断裂实验,可得到SMAT处理后合金板缺口韧度值从70.7±4.7 MPa·m^1/2提高到112.8±3.7 MPa·m^1/2<...     

部分流体膜挤压特性分析

本文建立了粗糙表面部分流体挤压膜的物理力学模型,分析了当粗糙表面间存在流体膜时的挤压特性.对于一维挤压膜问题,当表面粗糙度纹向参数γ≤1时,粗糙度使流体阻尼增大,使平均流体膜的保持性提高;当γ>1时,粗糙度使流体阻尼减小,使平均流体膜的保持性下降.当γ保持不变时,粗糙度增大加快了固体接触的发生,并使固体接触刚度增大.     

利用铝＋氮或钛＋氮离子束辅助沉积改善纯铁摩擦学性能的研究

离子束辅助沉积是近几年发展起来的一种将离子注入与薄膜沉积融为一体的材料表面改性新技术。利用Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积对工业纯铁进行了表面改性处理，并且就其摩擦学性能与未经表面改性处理之纯铁试样的作了对比试验研究，同时还利用俄歇电子能谱仪、掠角Ｘ射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析测试手段对离子束改性层的成分深度分布和微观组织结构，以及磨痕的表面形貌和元素面分布进行了分析。结果表明，Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积可以在纯铁表面形成Ｆｅ４Ｎ、Ｆｅ３Ａｌ或Ｆｅ２Ｎ、Ｆｅ２Ｔｉ等强化相，因而使材料的表层显微硬度分别提高了２１．５％和５８．４％，稳态摩擦下的摩擦系数分别降低约８０％和８３％，平均磨损量分别降低约７１％和８６％；磨损形式主要由纯铁严重的粘着磨损转化为轻微的氧化磨损。     

一种不锈轴承钢离子束增强沉积表面的微观分析和摩擦学性能研究

利用离子束增强沉积技术，在将Ｔｉ用Ａｒ＾＋束溅沉积到淬火态９Ｃｒ１８Ｍｏ不锈轴承钢表面的同时，分别用Ａｒ＾＋，Ｎ＾＋和Ｃ＾＋轰击试样表面，制取了增强沉积的表面改性层     

NUMERICAL SIMULATION OF SHALLOW WATER WAVE PROPAGATION USING A BOUNDARY ELEMENT WAVE EQUATION MODEL

The present paper makes use of a wave equation formulation of the primitive shallow water equations to simulate one-dimensional free surface flow. A numerical formulation of the boundary element method is then developed to solve the wave continuity equation using a time-dependent fundamental solution, while an explicit finite difference scheme is used to derive velocities from the primitive momentum equation. One-dimensional free surface flows in open channels are treated and the results compared with analytical and numerical solutions. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

纳米级稠化剂颗粒沉积膜在乏脂润滑中的作用机制研究

利用双光束干涉法对点接触区乏脂润滑成膜特性规律以及接触区附近润滑剂的微观迁移特性进行了观测.在试验条件下,接触区会经历充分润滑—乏脂—沉积膜润滑—分离油润滑等润滑状态.借助原子力显微镜,探测到沉积膜是润滑脂的稠化剂被碾压破碎而沉积在滚压轨道表面的一层纳米级颗粒薄膜;而分离油是在剪切过程中润滑脂内逐渐释放基础油.试验初始,接触区周围的润滑脂池因乏脂而迅速消失,但分离油会逐渐形成"第二相油池"以实现回流补给.沉积膜增大了基础油在滚动轨道表面的接触角,阻碍回流补给,但其会随运动逐渐磨损,此后分离油将进入接触区补充润滑膜.初步发现,当分离油不充足时,沉积膜有利于保护润滑轨道.