感性材料与结构分析的两尺度模型

感性材料是一类基于植物仿生思想,利用化学能产生机械能的高能量密度智能材料。与植物感性运动类似,感性材料能够运用细胞半透膜,有选择、可控地将物质传输到体内产生定向变形。感性材料由基体材料中夹杂液体腔组成,液体腔周围有一层包含离子传输通道(离子泵、离子通道、离子协运机制等)的人工合成细胞膜。本文对感性材料的基本建模过程进行描述,建立了多感性驱动单元与结构相互作用的分析模型,并给出了计算结果。在感性单胞层次,通过对细胞膜离子传输过程以及结构力学模型进行耦合计算,再现感性运动中离子传输和基体结构的力学响应情况;通过改变各初始输入参数,研究不同参数对感性材料变形和响应过程的影响。     

基于扩展多尺度有限元法的含液闭孔材料拓扑优化

基于扩展多尺度有限元方法,提出了含液闭孔结构多尺度拓扑优化方法。该多尺度优化方法旨在研究含液闭孔胞元布局对整体含液闭孔结构力学性能的影响。首先针对含液闭孔结构的整体结构柔顺性问题,采用类似SIMP模型对结构的宏观粗网格等效刚度阵进行插值,建立含液闭孔结构柔顺性的拓扑优化列式;其次,针对含液闭孔材料能够利用胞体内部液体腔体积增量产生变形的特性,提出含液闭孔材料柔性机构的概念,并以结构指定位置方向输出位移为目标,建立液体体积膨胀作用下的含液闭孔柔性机构多尺度拓扑优化数学模型。本文基于自主软件平台SiPESC完成了程序研发,并通过数值算例验证了所提出的拓扑优化方法的有效性。     

自由单元法及其在结构分析中的应用

通过吸收有限元与无网格法的优点,提出了一种新的数值方法——自由单元法.此方法在离散方面,采用有限元法中的等参单元,表征几何形状和进行物理量的插值;在算法方面,采用单元配点技术,逐点产生系统方程.主要特点是,在每个配置点只需要一个和周围自由选择的节点而形成的一个独立的等参单元,因而不需要考虑物理量在单元之间的相互连接关系与导数连续性问题.本文介绍强形式与弱形式两种自由单元法,前者直接由控制方程和边界条件直接产生系统方程,后者通过在自由单元上建立控制方程的加权余量式产生弱形式积分式,并通过像传统有限元法中的积分过程建立系统方程组.本文提出的方法是一种单元配点法,对于域内点为了获得较高的导数精度,需要采用至少具有一个内部点的等参单元,为此除了可使用各阶次的拉格朗日四边形单元外,还给出了七节点三角形等参单元,用于模拟较为复杂的几何形状问题.     

一种提高四边形四节点平面壳单元计算精度的新方法

平面壳单元是由平面应力单元和平板弯曲单元叠加组合而成,具有简单的理论表达,但是它在计算曲面壳体结构时误差较大。为了进一步提高平面壳单元的计算精度,本文提出了一种计算平面壳单元刚度矩阵的新方法。通过该方法在高斯积分点建立多个单元局部坐标系,并保证每个局部坐标系都位于单元在高斯点处的切平面上,从而可以有效适应曲面壳体形状,达到进一步提高平面壳单元计算精度的目的。为了在这种新坐标系下计算单元刚度矩阵,给出了求解形函数对局部坐标的导数、局部到自然坐标系积分转换的雅可比、以及局部到整体坐标系的转换矩阵的新型计算方法。通过将这些新坐标系以及新计算方法运用到平面壳单元DKQ24中,可以有效提高平面壳单元尤其是在计算曲面壳体时的精度。计算结果表明,本文方法和平面壳单元相结合,不仅具有平面壳单元简单的理论表达式,还能得到满意的精度。另外,本文方法还可以应用到其他类型的平面壳单元,为提高其他类型平面壳单元的计算精度提供了一种新的途径和思路,具有广阔的应用前景。     

感性材料与结构分析的基本模型

感性材料是一类基于植物仿生思想,利用化学能产生机械能的高能量密度智能材料.与植物感性运动类似,感性材料能够运用细胞半透膜,有选择、可控地将物质传输到体内产生定向变形.感性材料由基体材料中夹杂液体腔组成,液体腔周围有一层包含离子传输通道(离子泵、离子通道、离子协运机制等)的人工合成细胞膜.本文对感性材料的基本建模过程进行描述,建立了多感性驱动单元与结构相互作用的分析模型,并给出了计算结果.在感性单胞层次,通过对细胞膜离子传输过程以及结构力学模型进行耦合计算,再现感性运动中离子传输和基体结构的力学响应情况;通过改变各初始输入参数,研究不同参数对感性材料变形和响应过程的影响.     

基于多边形网格的变系数问题边界单元法

提出一种用多边形网格计算二维变系数问题域积分的新型边界单元法。首先,构造了由任意多边组成的多边形网格形函数,用于几何与物理量的插值;其次,用径向积分法将多边形域积分转换成沿多边形周边的线积分,有效解决了各类非规则多边形网格的单元积分难题;最后,三个有关功能梯度材料与结构的数值算例结果显示本文提出的算法和常规有限元相比误差小于1%,说明本文方法具有很高的精度,且由于其单元积分时无需对积分函数或者积分域进行三角化等额外处理,该方法具有很高的效率。     

网络远程控制实验的教学设计与管理

网络远程控制实验是实验走出实验室的重要方式.网络远程实验在技术层面已经得到了基本实现,与之相配套的教学设计与管理,也引起了很多学者的关注.笔者将从支持学习者学习的角度结合远程控制实验的具体特点对其教学设计和管理提出一些看法和建议.     

静高压下邻苯二甲酸二辛酯增塑双酚A型聚碳酸酯体系中立体开放球晶的生长

通过加入增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP), 改变高分子链在压力作用下的运动能力, 培养出具有独特形貌、亚结构为折叠链晶体和三维立体的开放聚合物球晶.     

多重a尺度双向双正交向量值小波的构造

基于双向向量值小波的基本理论,通过酉矩阵,给出了a尺度r重双向向量值小波双正交条件,得到了a尺度r重双向向量值构造算法,最后给出算例.     

聚甲基乙烯基醚的局部构象

采用低能构象方法和构象扫描方法,在Dreiding力场下,对含有3种不同侧基取向的PVME的全同二单元体和间同二单元体进行全松弛优化.通过统计平均得到PVME各种构象状态的几何参数和构象能.由统计平均的结果确立了包含侧基所有可能取向信息的PVME链的RIS模型,并利用MontCarlo方法计算了PVME链的特征比,结合实验数据讨论了侧基取向行为的影响.