基于光学和扫描显微平台的微尺度实验力学检测技术和装置研究

本文基于光学和扫描显微平台,介绍了本研究组在微尺度实验力学检测技术和设备方面的最新研究成果。在检测技术方面涉及显微散斑干涉技术、微标记阵列检测技术、晶粒变形分析技术、光学探针动静态变形分析技术;在检测系统和装置方面介绍了新近开发的双视场薄膜检测系统、散斑微干涉系统、微标记检测平台、AFM和SEM单轴拉伸装置、三维微定位与加载系统、微力传感器及其标定装置、微动平台驱动装置等。探讨了微尺度实验力学检测中的问题和新的检测技术,给出了一些典型的应用和相关装置。     

基于Hellinger-Reissner变分原理的应变梯度杂交元设计

从一般的偶应力理论出发，基于Hellinger-Reissner变分原理，通过对有限元 离散体系的位移试解引入非协调位移函数，得到了偶应力理论下有限元离散系统的能量相容 条件，并由此建立了应变梯度杂交元的应力函数优化条件. 根据该优化条件，构造了一 个C0类的平面4节点梯度杂交元，数值结果表明，该单元对可压缩和不可压缩状态的 梯度材料均可给出合理的数值结果，再现材料的尺度效应.     

螺旋槽干气密封微尺度流动场的近似计算及其参数优化

应用PH线性化方法、迭代法,近似求解了螺旋槽内稳态微尺度流动场的非线性雷诺方程,求得了气体动压和速度分布的解析解。继而利用多目标优化方法构建了气膜刚度与泄漏量之比的协调函数,并对该目标函数进行了近似求解,获得了最佳的螺旋槽几何参数值。     

二维Logistic映射的分岔与分形

理论分析了二维Logistic映射的分岔，并采用相图、分岔图、功率谱、Lyapunov指数和分维数计算的方法，揭示出：二维Logistic映射可按倍周期分岔和Hopf分岔走向混沌；在倍周期分岔过程中，系统在参数空间和相空间中都表现出自相似性和尺度变换下的不变性．对二维Logistic映射的吸引盆及其Mandelbrot-Julia集(简称M-J集)的研究表明：吸引盆中周期和非周期区域之间的边界是分形的，这意味着无法预测相平面上点运动的归宿；M-J集的结构由控制参数决定，且它们的边界是分形的．     

微电子机械系统中的若干固体力学问题

简述了微电子机械系统若干固体力学问题研究的现状，包括：微构件材料的基本力学性能；微构件的力学分析与计算；微系统的失效分析研究；微系统的驱动等，并阐述了微系统力学问题中涉及的表面效应和尺度效应，提出了微系统多类型力作用，多种因素交叉，多学科耦合，非线性突出的特点和研究方向。     

单轴条件下砂岩三维破裂过程的CT观测

岩石破裂过程研究一直是岩石力学专家关注的重要问题。本文采用特制的三轴压力仪与医用西门子SOMATOM -plusCT扫描仪结合 ,对砂岩进行了室内单轴压缩试验。通过对砂岩的CT图像和密度损伤增量与应力关系曲线分析 ,结果显示 ,砂岩的破裂演化过程可分为初始损伤的压密、裂纹出现—扩展、裂纹归并—分岔、裂纹重分岔—扩展以及裂纹惯通—宏观破坏等五个阶段。在初始损伤的压密阶段 ,砂岩的密度损伤增量为正值 ,速率也为正 ;在裂纹出现—扩展阶段 ,砂岩出现局部密度损伤增量减小 ,并随应力增加而由正值转为负值 ,速率也由正变负 ;在裂纹归并—分岔阶段 ,砂岩的密度损伤增量全为负值 ,速率也变快 ;在裂纹重分岔—扩展阶段 ,砂岩的密度损伤增量继续变负 ,但速率变慢 ;在裂纹惯通—宏观破坏阶段 ,砂岩的密度损伤增量继续变负 ,速率变的更快。     

电容器极板的非线性振动

本文研究电容器极板的非线性振动，求出振动方程解和周期的准确形式，周期为振幅的函数表现出振动的非线性特征。同时用多尺度法获得解和周期的近似表达，指出线性振动解仅为小幅振动下的粗糙近似。     

低渗透微尺度孔隙气体渗流规律

微尺度条件下气体流动特性的研究是现代渗流力学前沿领域之一．分析了低渗透岩石饱和气体渗流实验结果，探索了微尺度孔隙气体渗流规律，探讨了气体非线性渗流力学机理，发现了低渗透岩石微尺度孔隙气体与液体渗流遵循同一形式的运动定律，建立了气体与液体非线性运动定律统一模型．结果表明：新模型与实验结果吻合很好，为微尺度孔隙气体微流动特性研究提供了新的理论依据，对工程地质环境保护及地下流体资源开发有重要指导意义．     

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发，提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中，单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化，以体现材料的随机不均质性，材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流，损伤耦合迭代来实现。算例表明，该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下，微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响，非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同，裂纹扩展路径不规则发展，模拟结果和实验结果较为一致。     

研究岩石破裂等弱化行为的力－位移组合控制方法

本文介绍了一种用力和位移的线性组合控制岩石试验的新方法。该方法已在一台自制的伺服实验系统上和一台MTS实验系统上得到了实现。用这种方法能够简便地求出通常难以求出的具有Ⅱ类特性岩石的全应力-应变曲线,而且能够变化出如广义应力松驰等其它实验类型,从而能够对时间依赖性进行深入的研究。由于其易于采用的特点,它在研究岩石破裂乃至摩擦等弱化过程方面有着广泛的应用前景。