基底上薄膜结构的非线性屈曲力学进展

基底上薄膜结构中的过大残余压应力常常通过屈曲不稳定性诱发薄膜结构和功能的失效。屈曲不稳定性、演化与斑图形成是近年来非线性力学研究的热点。此类屈曲不稳定性受薄膜-基底的力学性质以及界面相互作用影响,进而呈现出复杂的屈曲模式如褶皱、翘曲和折痕等。论文简要综述褶皱、翘曲和折痕等屈曲模式的形成机制、影响因素和后屈曲形貌相关方面的进展。褶皱部分,重点介绍了褶皱的形成、多级褶皱结构、局域化的褶皱、各向异性褶皱和曲面上的褶皱。翘曲部分,介绍了翘曲结构包括一维翘曲结构、“电话线”屈曲泡,网络状屈曲泡等的形成与生长过程,并讨论了曲面几何、界面滑移、开裂等因素的影响。折痕及其它复杂屈曲模式部分,介绍了折痕、叠痕及隆起失稳的形成机制与临界条件.     

气流作用下同轴带电射流的不稳定性研究

通过对气体驱动同轴电流动聚焦的实验模型进行简化,开展了电场力和惯性力共同作用下同轴带电射流的不稳定性理论研究.在流动为无黏、不可压缩、无旋的假设下,建立了三层流体带电射流物理模型并得到了扰动在时间域内发展演化的解析形式色散关系,利用正则模方法求解色散方程发现了流动的不稳定模态,进而分析了主要控制参数对不稳定模态的影响.结果表明,在参考状态下轴对称模态的最不稳定增长率最大,因此轴对称扰动控制整个流场.外层气流速度越高,气体惯性力越大,射流的界面越容易失稳.内外层液-液同轴射流之间的速度差越大,射流越不稳定.表面张力对射流不稳定性起到促进作用.轴向电场对射流不稳定性具有双重影响:当加载电场强度较小时,射流不稳定性被抑制;当施加电压大于某一临界值时,轴向电场会促进射流失稳.临界电压的大小与界面上自由电荷密度和射流表面扰动发展关系密切.这些结果与已有的实验现象吻合,能够对实验的过程控制提供理论指导.     

Radiation Vulcanization of Magnetorheological Elastomers Based on Silicone Rubber

介绍了两种制备磁流变弹性体的硫化方法即高温硫化和辐射硫化. 研究中采用动态力学分析仪(DMA)测量了样品的动态力学特性.特别是对样品的磁流变效应和耐久性进行了详细的测试. 实验结果表明,经过辐射硫化的样品具有更大的零场模量和磁致模量,以及更好的磁流变效应和耐久性. 为了解释这些结果,文章对样品的体积形变和增塑剂渗出都作了详细的分析. 在硫化过程中样品的体积保持稳定是辐射硫化样品具有大磁致模量的重要原因,而增塑剂渗透性小也是辐射硫化样品具有高磁流变效应和耐久性的重要因素.     

流体流动中波状游动平板最优运动的数值方法

提出了一种求解波状游动平板最优运动方式的优化方法．最优化问题表述为固定推力的条件下,使得输入功率最小．由于存在不可见模态,使得该问题具有奇性,用通常的Lagrange乘子法计算得到的可能不是最优解,而是一个鞍点值．为了消除这一奇性,增加了一个关于幅值的不等式约束,并利用逐步二次规划的优化方法求解该问题．将该方法运用到二维和三维的波动板的几个例子上,获得了最优解．     

理想磁流体中激波与矩形密度界面相互作用的数值研究

发展一套采用三阶WENO格式和混合GLM方法的理想磁流体数值方法,并对激波与矩形密度界面相互作用进行数值研究.通过圆极化阿尔芬波和旋转激波管问题对数值方法的稳定性和可靠性进行验证.在入射激波马赫数为10,界面内外气体密度比为10的情况,对比不同磁场中矩形密度界面的演变过程.结果表明,磁场能够减少界面上涡量的生成从而抑制界面不稳定性,并且磁场对界面的加速过程以及界面内外气体混合率有影响;而界面的存在将会使波后部分区域磁场增强;由于尖角的存在,矩形界面的发展与圆形界面不同.     

改进SPH方法在陶瓷材料层裂数值模拟中的应用

为了探讨铝飞片撞击陶瓷材料时的层裂现象,采用改进SPH方法模拟应力波在陶瓷材料中的传播。结果表明,当离散粒子分布不均匀时,数值模拟计算的自由面速度时程曲线与实测曲线吻合良好。对比CSPM方法,改进SPH方法的精度更高。提出适用于数值模拟的陶瓷材料损伤演化方程,对脉冲载荷下陶瓷/钢层合板层裂的破坏过程进行数值模拟,结果表明,由于陶瓷的波阻抗高于钢的,且抗压强度远高于抗拉强度,因此拉应力引起的层裂破坏是主要的。即使在材料内部传播的只是弹性压缩波,当弹性波到达材料界面时,由界面反射引起的卸载波也能导致陶瓷发生层裂破坏。     

内爆炸下钢管混凝土结构变形与破坏的试验分析及数值模拟

钢管混凝土结构由于具有良好的力学性能和低经济成本而受到广泛应用,因此对它的研究很多,但对它在爆炸作用下尤其是内爆炸作用下的研究很少,故分析钢管混凝土结构在内爆炸下的变形与破坏具有重要意义.本文通过试验与数值模拟方法,分析了内爆炸下钢管混凝土结构在具有二条预制狭缝时的变形与破坏情形.结果表明,钢管变形主要发生在靠近狭缝处,变形大小随药量的增加而增大,最终导致钢管在狭缝两端出现约45°方向的裂纹,引起钢管混凝土剪切破坏.     

水平油水两相流流型对阻抗式含水率计的影响研究

实验研究了水平条件下20mm管径油水两相流的流动特性对阻抗式含水率计测量的影响.首先利用阻抗式含水率计测量不同含水率和流量条件下的混合物电阻率,并使用高速摄像记录对应的流型特征,进而分析流型对测量值的影响.通过对低、高流量分别采用电学和流体动力学模型分析后发现:低流量下混合物电阻率的主要影响因素是油水两相之间的速度滑脱,采用双流体动力学模型能有效地反映其变化规律.而高流量下(水包油分散流时)速度滑脱很小可以忽略,油水两相的空间结构对混合物电阻率的影响是问题的关键.近似绝缘的油滴分散在导电的水中形成的含孔导体电阻率高于实心导体,适用的电学模型是Maxwell电阻率模型.     

柔性双尾鳍效率的测量和优化

建立了仿生拍动推进推力和效率的测量平台,通过电机的转动扭矩、转动角速度及推进力计算得到仿生推进系统的推进效率.对本课题组研制的组合仿生无人水下航行器中柔性双尾鳍模型进行了测量与分析,结果表明柔性尾鳍推进时小摆幅摆动运动效率要高于大摆幅运动;双尾鳍推进方式在小摆幅模式下无论在推进力还是在效率方面都要优于单尾鳍.最后根据模型实验数据,优化了双尾鳍推进的运动参数,并用于优化UUV性能.     

滚动轮胎表面红外成像测温的偏差及其修正

使用红外热像仪从三个方向测量了滚动轮胎的表面温度,结果表明从不同方向对同一表面的测温结果不相同。根据几何光学和热辐射原理,造成这一偏差有两个原因:一是轮胎表面点的像面照度按其辐射入射角α的余弦四次方定律变化;二是轮胎表面点的发射率与β(该点入射方向与其法向之间的夹角)有关。本文首先采用余弦四次方定律对三个方向下的轮胎表面红外测试结果进行了与α相关的修正,然后依据轮胎表面任意点温度的同一性(即与测量方向无关)进行了与β相关的进一步修正,并给出了一个轮胎表面发射率与β的经验关系。具体表现为发射率在法向上最大,当β在60°以内时其变化相对平缓,超过60°则急剧下降,最终得到了一个表征轮胎表面点红外像面照度下降的双角度(α和β)修正函数以及相应的温度修正公式。 修正后不同方向下的温度分布趋于一致,其平均结果即可视为轮胎表面真实的温度分布。