虚边界元最小二乘配点法

本方法是在虚边界上进行数值积分，在实边界上有限个点处满足给定问题边界条件的一种数值算法。在虚边界上积分是为能寻求到使原问题得到正确解的较好的分布虚体力；在实边界上配点，是依据加权残数法中超额配点，即最小二乘配点法的思想。文中给出了本文方法的基本思想，并给出了壳体的算例。由数值结果表明本文方法的计算精度是令人满意的。     

T应力对光弹性条纹影响的理论分析

以裂尖弹性应力场的多参数模型为基础,研究I型、II型以及I/II混合型裂纹参数对光弹性条纹的影响. T应力的存在和符号影响着等色线条纹环的半径大小和旋转方向,对于纯I型或II型裂纹而言,条纹环的旋转角度只与T应力有关;而对于I/II混合型裂纹,条纹环旋转角度与K_{\rm I}, K_{\rm II}和T应力有关. T应力的存在使得I型裂纹在裂尖±π/3方向上出现2个各向同性点(T应力为正时),使得II型裂纹在裂尖后的裂纹面上出现1个各向同性点. 对于I/II混合型裂纹而言,当T应力为正时等倾线出现距裂尖半径不等的3个各向同性点;反之, T应力为负时在裂尖后只存在1个各向同性点,这些各向同性点分别与I型和II型裂纹情况具有相同的规律.      

Topology optimization of 3D structures with design-dependent loads

Topology optimization of continuum structures with design-dependent loads has long been a challenge. In this paper, the topology optimization of 3D structures subjected to design-dependent loads is investigated. A boundary search scheme is proposed for 3D problems, by means of which the load surface can be identified effectively and efficiently, and the difficulties arising in other approaches can be overcome. The load surfaces are made up of the boundaries of finite elements and the loads can be directly applied to corresponding element nodes, which leads to great convenience in the application of this method. Finally, the effectiveness and efficiency of the proposed method is validated by several numerical examples.     

考虑材料性能空间分布不确定性的可靠度拓扑优化

论文研究了考虑材料性能空间分布不确定性的连续体结构可靠度拓扑优化问题。其中,材料的弹性模量视为具有给定概率分布特征的随机场,其离散采用级数最优线性估值法（EOLE）。随机结构的响应以及相应的灵敏度分析采用多项式混沌展开（PCE）近似表达,并采用Monte Carlo方法验证了该方法的精度。结构的可靠度分析采用一次可靠度方法（FORM）,在优化问题的求解中,对双层嵌套方法和序列近似规划（SAP）方法进行了对比。数值算例中,该方法应用于二维和三维结构的拓扑优化问题,优化结果验证了方法的正确性和有效性。     

基于最大熵方法的水下航行体结构动力响应概率建模

水下航行体结构承受的水动力外载荷具有显著的时空分布不确定性,其引发的结构动力响应,诸如结构最大内力、最大内力发生时刻、最大内力发生位置等也由此产生了不确定性;同时,水下航行体的动力响应还会因其连接或分离结构的拉压刚度不同而出现非线性特征. 为了在水动力外载荷样本有限的基础上,分析水下航行体结构连接非线性对动力响应统计特性的影响, 利用水下航行体结构的简化动力学模型,计算了水动力横向载荷作用下响应的样本统计矩,采用最大熵方法实现了动力响应的概率建模. 在分别求出结构最大内力、最大内力发生时刻、最大内力发生位置的概率密度函数后,通过与蒙特卡洛模拟结果对比验证了最大熵方法拟合的响应概率密度函数精度;而后,基于这些结构响应概率密度曲线讨论了系统连接非线性参数变化对结构动力响应的影响. 最终得出如下结论:连接非线性会导致结构在只有横向力的作用时产生的轴力响应,并且最大轴力概率密度函数峰值会因连接结构非线性程度增大而逐渐增大;连接非线性对不确定性传播有显著影响,当连接非线性比较强时,输入正态分布的载荷所得到的内力响应不是正态分布的;最大内力响应的发生位置也会受到连接非线性程度的影响. 上述结果可以为结构优化提供技术支持.      

裂纹问题的一致性高阶无网格法

一致性高阶无网格法能高效精确地求解连续体问题,尤其是能得到高精度的应力场。本文将该方法拓展到应力解析精度至关重要的裂纹问题(即非连续体问题)的数值分析。采用背景积分网格描述裂纹几何,基于无需增加节点额外自由度的虚拟节点法描述裂纹处位移场的间断,提出了虚拟节点的引入算法和断裂单元的数值积分方法。为进一步模拟裂纹扩展,采用相互作用积分方法计算应力强度因子,裂纹的扩展方向由最大周向应力准则确定。数值结果表明,本文发展方法能够精确地通过间断分片试验;相较于标准的高阶无网格法和低阶一致性无网格法,本文的一致性高阶无网格法显著改善了应力强度因子的计算精度,能够准确预测裂纹扩展路径。     

基于Armijo准则的自适应稳定转换法

结构可靠度分析是结构不确定性设计的关键环节,计算效率和鲁棒性是评估可靠度分析算法性能的两个重要指标。首先针对两个已有的一次二阶矩算法(iHL-RF算法和方向性稳定转化法)进行分析,发现iHL-RF算法根据Armijo准则可以自适应调整迭代步长,但计算效率低;方向性稳定转化法根据振荡的方向性可以提高计算效率,但自适应性差。结合两种算法的优点,将Armijo准则用于自适应调整方向性稳定转化法的混沌控制因子,提出了基于Armijo准则的自适应稳定转换法。通过四个非线性算例将本文提出的算法与HL-RF、iHL-RF、混沌控制法以及方向性稳定转换法等四种算法的收敛性和计算效率进行比较。结果表明,相比其他四种可靠度分析算法,本文算法在求解二维和多维非线性极限状态函数时均具有更好的收敛性和更高的计算效率。     

爆轰和燃烧法合成SrAl2O4：Eu2+，Dy3+纳米发光粉

 在低温条件下分别用爆轰法和燃烧法制备出了SrAl₂O₄：Eu²⁺,Dy³⁺ 纳米发光粉。从合成条件、热处理温度等方面详细对比了爆轰法和燃烧法对所制备的SrAl₂O₄：Eu²⁺,Dy³⁺纳米发光粉的晶体生长行为、粒子形貌和光学性质等的影响。研究表明,随着热处理温度的升高,爆轰法制备的纳米发光粉的平均粒径逐渐增大,而燃烧法制备的纳米发光粉的平均粒径先减小后增大,在600 ℃时平均粒径存在一个极小值。在同样热处理温度下,爆轰法制备的纳米发光粉的平均粒径增长明显高于燃烧法合成的纳米发光粉的平均粒径。最后讨论了长余辉的发光机理,并给出了如何改进合成方法的建议。     

织物顶出测试中纱线应力传递模型的拉曼研究

弹头侵彻织物过程中的载荷传递是冲击能量耗散的重要途径,有必要从细观尺度上研究纱线上的应力传递行为。本文使用微拉曼光谱法测量了织物离面顶出测试中的纱线应力分布,建立了相应的纱线应力传递模型。针对周边固支的Kevlar 49芳纶纤维平纹织物受中心加载实验,拉曼测试显示出织物存在十字形的高应力分布,主纱是载荷传递的主要路径,辅纱是传递主纱载荷的次要路径,理论模型预测的纱线应力分布符合实验测量趋势。上述工作有利于进一步探讨柔性防弹织物的能量吸收机制。     

结构碰撞的动力响应分析

本文研究结构在动力作用下发生碰撞时的动力响应的分析方法。其中碰撞包括结构与刚（弹）性支座的碰撞和两个结构物之间的碰撞；碰撞的速度假定为中低速度，分析时不考虑局部的破坏问题。本文方法的关键点是提出了碰撞过程中的碰撞反力的模拟表达式。它是通过碰撞时结构与碰撞物体的碰撞力和碰撞变形关系的假定，并利用能量守恒原理，动量守恒原理和冲量定理建立的，既可描述完全弹性碰撞过程也可描述非完全弹性碰撞过程，当然也可考虑结构阻尼的影响。文末给出了几个算例，其中与有解析解的做了比较，符合得很好；至于没有解析解可比较的，在理论上也是合理的，算法上采用了中央差分的逐步积分法，在碰撞过程中采用非常小的积分步长，获得了预想的理想结果。