基于激光超声场检测的材料常数测量方法

由于采用干涉仪的激光超声技术造价较高,对环境噪声极为敏感,很难在工业中得到广泛应用,为此开发了基于压电传感器的激光超声场检测仪(LUFT)。该系统采用激光激发、压电传感接收的方式,既保留了激光高分辨率的优势,又兼具了系统造价低、使用方便的特点。本文中,利用该检测仪对标准钢试样及不同厚度的铝试样进行了测量,获得其表面波和纵波波速,并根据固体力学理论得到铝的泊松比和杨氏模量。计算结果与文献参考值误差较小,说明该方法的可行性,也说明了该激光超声场检测仪的可靠性。     

Structure dependent elastic properties of supergraphene

Complete replacement of aromatic carbon bonds in graphene by carbyne chains gives rise to supergraphene whose mechanical properties are expected to depend on its structure. However, this dependence is to date unclear. In this paper, explicit expressions for the in-plane stiffness and Poisson’s ratio of supergraphene are obtained using a mole-cular mechanics model. The theoretical results show that the in-plane stiffness of supergraphene is drastically (at least one order) smaller than that of graphene, whereas its Pois-son’s ratio is higher than 0.5. As the index number increases (i.e., the length of carbyne chains increases and the bond density decreases), the in-plane stiffness of supergraphene decreases while the Poisson’s ratio increases. By analyzing the relation among the layer modulus, in-plane stiffness and Poisson’s ratio, it is revealed that the mechanism of the faster decrease in the in-plane stiffness than the bond density is due to the increase of Poisson’s ratio. These findings are useful for future applications of supergraphene in nanomechanical systems.     

用拉格朗日函数分析不同模量静不定桁架内力

在外载荷作用下的不同模量静不定桁架平衡问题,是任意有限多个自变量的多元函数在任意有限多个约束条件下的极值问题,对采用拉格朗日乘数法求解此类极值问题进行了数学证明．通过求解不同模量静不定桁架极限载荷的几个算例,阐述拉格朗日乘数法在计算不同模量静不定桁架极限载荷中的应用．研究结果表明：采用拉格朗日乘数法求解不同模量静不定桁架极限载荷的通用性较强,用拉格朗日乘数法求解不同模量静不定桁架极限载荷的方法不但克服了常规方法需利用几何关系建立协调方程的缺陷,且具有力学概念清晰直观、计算过程简便、便于工程设计人员在实际中掌握和应用．     

nc-TiC/a-C纳米复合多层薄膜的制备及其摩擦学性能的研究

采用磁过滤阴极弧等离子体沉积技术,在单晶硅片上制备了不同亚层厚度和亚层弹性模量匹配的nc-Ti C/a-C纳米复合多层薄膜,采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其微观结构进行表征,利用激光扫描仪对其内部应力进行测试,采用微摩擦磨损试验机表征薄膜的摩擦磨损性能,以考察多层结构设计对于薄膜机械性能的影响.结果表明:多层薄膜相对于单层薄膜可以有效降低膜层内应力,同时薄膜的减摩抗磨性能也得到了提高.亚层厚度为40 nm和相邻亚层弹性模量差距较小的nc-Ti C/a-C纳米复合多层薄膜的抗磨性能最佳.     

疏水链长对聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯界面扩张流变性质的影响

利用悬挂滴方法研究了系列聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(TweenX)在正癸烷-水界面的扩张流变性质. 实验结果表明, 疏水烷基链长较短的Tween20 分子在界面上吸附量较大, 分子排列更紧密, Tween40 和Tween60具有大致相同的“有效截面积”, 导致饱和吸附时界面张力(γ_cmc)比较接近. TweenX浓度大于临界胶束浓度(cmc)时, 由于Tween20 分子排列的更加紧密, 模量和弹性大于Tween40 和Tween60. 当TweenX的疏水烷基链长达到一定长度时, TweenX的界面膜性质受疏水链长的影响减弱, Tween40和Tween60的扩张参数相差不大.     

辽西风积土动力特性实验研究

通过一系列动态三轴实验,研究了原状饱和辽西风积土在不同固结压力条件下的动态强度、动态弹性模量和阻尼比。结果表明,辽西风积土的破坏动态强度随着固结围压和固结应力比的增大而增大,而动态剪切强度明显区别于静态剪强度;其动态弹模量随着固结应力比和固结围压的增加而增加,而阻尼比随着固结应力比和固结围压的增大而减小。同时,分别拟合得到最大动态弹模量和最大阻尼比与有效固结应力的关系式,并且对动态弹模量和阻尼比进行了归一化处理。     

风沙影响下铁路道碴变形模量的离散元数值分析

针对风沙区有碴铁路道床的结构特性,对其在细沙贯入下的有效变形模量研究有助于理解风沙影响下的道床动力特性。采用离散单元模型对道碴碎石和细沙颗粒进行数值建模,并对不同含沙率γ下的有效变形模量进行了数值分析。结果表明,在低含沙率下(γ<30%)沙石混合体的变形模量基本保持不变,在高含沙率下(γ>30%),变形模量随含沙率的增加呈线性降低,以上变形模量随含沙量的变化规律与试验结果相一致。基于离散单元模型的数值模拟,在细观尺度上对沙石混合体的力链强度、空间分布及配位数进行了分析,揭示了沙石混合体有效变形模量随含沙量变化的内在机理。本文工作对风沙区有碴铁路道床力学行为的研究具有一定的借鉴意义,有助于促进风沙影响下有碴铁路道床的结构设计和沙害治理。     

Optimal Synthesis of Frameworks under Elastic and Plastic Performance Constraints Using Discrete Sections *, †

ABSTRACT

A computer-based method is presented for minimum-weight design of planar frameworks under service and ultimate performance conditions using discrete member sections. Service-load conditions ensure acceptable elastic stresses and displacements, and ultimate-load conditions ensure adequate safety against plastic collapse. The sizes of the discrete sections, which can be of any type; e.g., WF, HSS, etc., may be constrained to satisfy fabrication requirements related to member continuity and structure symmetry. The design method is iterative in nature and remarkably efficient. The number of iterations is generally small and almost totally independent of the complexity of the structure. Several comparative designs for simple truss and frame structures are presented to illustrate features of the method.     

PREDICTIONS OF EFFECTIVE OUT-PLANE SHEAR MODULUS AND SIZE EFFECT OF HEXAGONAL HONEYCOMB

给出了预测六边形蜂窝材料等效剪切模量及其尺寸效应的圆筒扭转力学模型和扭转能量法,建立了等效面外剪切模量G₁₃相对于材料体分比ν、周向单胞数n、圆筒半径r和单胞层数参数m变化的解析表达式;同时将扭转能量法、有限元数值模拟计算和G-A经典细观力学方法进行了比较,从理论上揭示并验证了尺寸效应的存在性. 结果表明,当蜂窝体胞尺寸相对结构尺寸无穷小时,预测结果趋近于细观力学方法的结果. 此外,利用周期性蜂窝材料的结构对称特性,使用体胞子结构有限元计算模型进行等效面外剪切模量及其尺寸效应的预测,在不影响计算结果的前提下极大地提高了计算效率.     

乌苏酸/DPPC 混合单层膜相互作用的研究

乌苏酸(UA)为五环三萜羧基酸类化合物, 是一种中药有效成分. 它进入细胞的过程与膜脂分子有密切关系. 选用生物膜系统中的膜脂分子二棕榈酰基磷脂酰胆碱(DPPC)为代表, 通过LB(Langmuir-Blodgett)膜技术获得乌苏酸与DPPC 混合单层膜的表面压力/平均分子面积(π-A)曲线. 分析了混合单层膜的平均和过量分子面积、弹性系数等热力学参量, 并用原子力显微镜进行了研究. 比较了乌苏酸/DPPC 与胆固醇/DPPC 混合单层膜的异同. 实验结果表明: 乌苏酸能促使DPPC 的凝聚; 乌苏酸/DPPC 两组分的物质的量比与混合单层膜的膜压对单层膜的压缩性、稳定性和热力学特性有影响, 对单层膜中不同组分间的混合性以及分子间的相互作用具有重要的影响.