铁单质薄膜磁致伸缩行为与磁矩演化研究

磁致伸缩材料在传感器、位移器件等领域应用前景广阔,对此类材料的制备与实验已成为研究热点,但使用分子动力学方法模拟其磁致伸缩过程中内部磁矩的演化仍缺乏相关研究.本研究以磁致伸缩材料铁单质为研究对象,采用分子动力学方法建立单畴铁单质磁致伸缩模型.分析了铁单质薄膜磁致伸缩行为随初始磁矩的变化,以及在磁场作用下微观原子磁矩的变化与宏观磁致伸缩之间的关系.结果表明:模型磁化构型的演化与磁致伸缩行为有着密切联系,随着外加磁场强度增大,原子磁矩与外加磁场方向相同的区域面积逐渐增大,宏观表现为模型的磁致伸缩随磁场强度增大而伸长,并最终达到饱和,而边界处的原子磁矩是模型是否达到饱和磁致伸缩的关键.     

缺陷对铁单质薄膜磁致伸缩与磁矩演化的影响

磁致伸缩材料在传感、控制及能量与信息转换等领域应用前景广阔,此类材料的性能提升及工程应用已成为研究热点,但材料在制备与使用中不可避免会出现缺陷.本文以常用的铁磁性材料铁单质为研究对象,采用分子动力学方法分别建立无缺陷、孔洞缺陷与裂纹缺陷的铁单质磁致伸缩结构模型,分析了缺陷形式对铁单质薄膜磁致伸缩行为的影响,并从微观原子磁矩角度解释缺陷对磁致伸缩行为的影响机理.结果表明:缺陷会对其周围的原子磁矩产生影响,从而影响铁单质薄膜磁致伸缩,其中孔洞形缺陷对磁致伸缩的影响较小,裂纹形缺陷对磁致伸缩的影响较大.裂纹的方向会影响铁单质薄膜的磁致伸缩,与磁化方向平行的裂纹会降低材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量;与磁化方向垂直的裂纹会提高材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量.     

智能结构最佳工作状态的多目标控制模拟

构造了自适应桁架结构的多目标最优控制模型．利用结构中主动杆件的调节作用,综合考虑结构的强度、位移和控制能耗,提出了实现自适应桁架结构处于最佳工作状态的最优控制模型．通过引入权系数的方法,使问题成为一个目标为二次、约束为线性的二次规划问题．利用该模型对智能结构进行控制,可以使结构处于最佳工作状态．用数值方法模拟了模型对结构的控制效果,实例表明方法具有很好的控制能力．     

应力和位移约束下的板壳结构截面优化

将准则法和数学规划法相结合，根据满应力准则将应力约束化为动态下限，借助单位虚载荷法将位移约束转化为设计变量的近似显函数，建立了满足应力和位移约束的优化模型. 为了解决多变量的大型优化问题，根据对偶理论将上千设计变量的优化模型转化为几个变量的对偶模型，并通过二次规划求解. 以MSC/Nastran软件为结构分析的求解器，借助MSC/Patran软件为开发平台，完成了板壳结构截面优化程序. 程序完全和Patran及Nastran融为一体，在Patran中建立模型，利用Nastran分析计算，根据优化结果对设计变量调整，再用Nastran进行结构重分析，反复迭代直到结构重量收敛. 算例表明程序的合理性和有效性，能够满足工程设计的需要.     

基于层次分解方法的桁架结构形状优化

对于桁架结构形状优化,应用层次分解优化方法,将设计变量分成杆件截面积和节点位置两类变量。求解时分为两层,第一层在给定节点位置下对杆件截面进行优化,同时考虑了应力、局部稳定约束和位移约束的重量最轻;第二层假定截面层的有效位移约束作用不变,求解一个使桁架刚度增强的二次规划问题,获得既不违反约束,又使目标函数不上升的新的节点位置,再返回第一层。两层交替进行直至收敛。     

基于ICM方法的刚架拓扑优化

将ICM(独立、连续、映射)优化方法应用于刚架结构，建立了以重量为目标函数、考虑多工况下应力和位移约束的刚架结构拓扑优化模型。借助于磨光函数和过滤函数，实现了离散变量和连续变量之间的相互转换。考虑多工况应力拓扑解之间、应力和位移约束下拓扑解之间的协调，得到了合理的结果。文中给出的刚架结构拓扑优化算例表明，刚架结构的拓扑结构不同于桁架或连续体。     

各向异性半平面问题的复应力函数基本解

应用复变函数Ｃａｕｃｈｙ积分的方法，对于各向异性半平面边界为自由或固定两种情形，分别导出了其在任意集中力或集中力偶作用下的复应力函数基本解，其特例与前人结果一致     

位移约束下智能桁架的强度最优控制

针对智能桁架结构，提出了在考虑多点位移约束的情况下，使结构工作应力处于最佳状态的规划法最优控制模型。当结构位移约束起主要作用时，模型可在保证位移约束的前提下，同时尽可能提高结构的承载能力；当结构位移并不重要时，仍可用该模型来提高结构的承戴能力。对于复杂结构，为了提高控制效果，可以调整为了满足位移条件而需要的作动器数目及布置方案。文中给出了数值算例，说明该方法的调控能力。     

应力约束处理为应变能集成的连续体结构拓扑优化

为克服应力约束下拓扑优化问题约束多、应力敏度计算量大的困难,本文提出了将应力约束处理为应变能集成的结构拓扑优化ICM方法。文中用几个典型算例对该方法进行了检验,结果表明:本方法优化效率较高,而且得到的结构最优拓扑较为合理。     

力学专业研究生计算力学能力培养及其课程体系建设

提出了力学专业研究生的计算力学能力要素,介绍了培养研究生计算力学能力和相关课程设置的一些新理念和做法．初步实践表明,具有高水平计算力学能力的高层次应用型创新人才受到工业技术领域的青睐．