含螺旋孔的超材料夹层板的带隙特性研究

本文提出一种新型低频宽带的穿孔超材料夹层板,旨在有效抑制板间横向振动。该结构的单胞由上下层面板、螺旋板、圆柱振子和支撑部件等构成。其中,螺旋板上设计4个螺纹孔,圆柱振子通过螺栓固定于板中心,螺旋板通过两侧横板与支撑部分连接。采用COMSOL仿真软件对胞元进行有限元分析,获得了无限周期结构的能带和共振模态,并计算了有限周期结构的传输透射率。结果表明,该结构能够产生两个宽幅的低频振动带隙,带隙范围内的振动衰减明显。本文进一步揭示了带隙机理,优化了结构参数,实现了两带隙的低频耦合,给出了符合工程实际需求的带隙。     

复杂介质中任意阶频率依赖耗散声波的分数阶导数模型

实验现象表明,声波在复杂介质中传播时,其衰减往往呈现频率的任意次幂律依赖现象.鉴于复杂介质的力学和物理性质的记忆性和长程相关性,频率幂律依赖的声波衰减现象难以用经典的声波方程描述,因为经典的阻尼波方程和近似热黏性波方程只能分别描述与频率无关和频率二次方依赖的声衰减.近年来,带有分数阶导数项的声波方程已被成功用于描述这一声衰减现象.基于课题组对声波衰减分数阶导数建模的研究,对已有的分数阶导数声波方程的研究进展及获得的成果做一个系统的综述,重点讨论这些模型的力学本构、统计力学解释等.简述了软物质中声波传播的时间分数阶导数唯象模型和本构模型,空间分数阶导数唯象模型和本构模型,并深入讨论了各种模型之间的联系与区别:介绍了分数阶导数声波模型在多孔介质中的成功应用,该部分内容涉及了均匀和非均匀多孔介质,刚性固体骨架和可变形固体骨架多孔介质等;通过空间分数阶扩散方程与Levy稳定分布之间的联系,给出了频率幂律依赖指数的变化区间为[0,2]的统计力学解释.最后,讨论了声波传播耗散行为的分数阶导数建模领域仍然存在的问题,并对今后的研究方向进行了探讨和展望.     

弯钩自锁机构的力学特性及新型晾衣装置设计

针对常用晾衣方式空间利用率低,可调性差和防风性差的缺点,通过力学自锁原理设计一种弯钩自锁机构新型晾衣装置.依据弯钩自锁机构特点,采用静力平衡方程分析其力学特征,确定了危险截面、最优自锁角及材料的抗拉和抗剪强度,分析影响装置稳定性和材料安全性的控制因素.基于此,设计了弯钩自锁机构新型晾衣装置,实现了衣架节与立柱之间多方位多角度灵活调节,增强了新型机构的防风能力,可任意添加衣架节使得空间利用率得到提高,具有很好应用价值和良好的推广前景.     

近场动力学与有限元的混合建模方法

综述了近场动力学与有限元混合建模方法的研究进展,阐明了各种混合建模方法的基本原理与特点,并重点介绍本课题组在近场动力学与有限元方法混合建模方面的研究工作。现有近场动力学与有限元混合建模方法包括位移协调约束、力耦合、混合函数方法以及子模型方法等,除子模型方法外,都可归结为并行式多尺度分析方法,其基本思想是将计算结构划分为近场动力学子域、有限元子域以及两者的交界区域(或重叠区域、或界面单元、或过渡区域)。子模型方法可归结为显-显分析方法,先采用显式有限元进行整体分析,后采用近场动力学方法对重点区域进行分析。混合建模方法需要着重提高交界区域的计算精度,并且消除虚假力和虚假应力波问题。提出了通过力耦合的近场动力学与有限元混合建模的隐式分析方法,该方法不再设置重叠区,通过杆单元连接近场动力学子域与有限元子域,其中界面上的有限元结点不仅与其所在单元的其他结点发生作用,还通过杆单元与以其为圆心、一定半径的圆域内的其他物质点相互作用。研究表明,本文提出的混合模型和求解方法既能有效解决裂纹扩展等不连续问题,又可提高计算效率,为工程结构破坏问题的计算分析提供一种有效方法。     

基于水力空化技术的降解特性研究

在多孔板水力空化反应器实验装置的基础上,分析研究了污水初始浓度、循环周期及进水压力等因子对罗丹明B 溶液、生活污水中污染物降解效果的影响. 结果表明进口压力越大,空化程度越强,自由基数量充足则降解效果越好,最佳降解初始浓度在10 mg/L 附近,亚甲基蓝作为催化剂能促进罗丹明B 的降解. 对生活污水中总磷的降解程度优于氨氮的效果近一倍.     

动载下缝端应力强度因子计算的扩展有限元法

在扩展有限元法(extended finite element methods, XFEM)的理论框架下,重点研究了动荷载作用下稳定裂纹尖端动态应力强度因子(dynamic stress intensity factors, DSIFs)的求解方法．根据XFEM的位移模式,推导了动力XFEM的支配方程,采用Newmark隐式算法进行时间积分同时,提出一种XFEM质量矩阵的集中策略,给出了求解DSIFs的相互作用积分方法,与静态问题的相互作用积分方法相比,增加了惯性项的贡献．最后,若干典型算例的计算结果表明:XFEM可以准确评价稳定裂纹尖端的DSIFs,建议的质量矩阵集中策略是有效的,为得到正确的DSIFs,惯性项的贡献不可忽略.     

自适应快速多极正则化无网格法求解大规模三维位势问题

正则化无网格法（regularized meshless method, RMM）是一种新的边界型无网格数值离散方法．该方法克服了近年来引起广泛关注的基本解方法（method of fundamental solutions, MFS）的虚假边界缺陷,继承了其无网格、无数值积分、易实施等优点．另一方面,RMM方法同MFS方法的插值方程都涉及非对称稠密系数矩阵,运用常规代数方程的迭代法求解时都要求O(N2)量级的乘法计算量和存储量．随着问题自由度的增加,该方法的计算量增加极快,效率较低,一般难以计算大规模问题．为了克服这个缺点,利用对角形式的快速多级算法（fast multipole method, FMM）来加速RMM方法,发展了快速多级正则化无网格法（fast multipole regularized mesheless method, FM-RMM）．该方法无需数值积分并且具有O(N)量级的计算量和存储量,可有效地求解大规模工程问题．数值算例表明,FM-RMM算法可成功在内存为4GB的Core(TM)Ⅱ台式机上求解高达百万级自由度的三维位势问题．     

利用邻-碳硼烷可变的C-C键实现发光分子从ACQ到AIE转变（英文）

利用邻-碳硼烷骨架中可变的C-C键,将在聚集态会发生猝灭(ACQ)的传统发光分子和具有振动自由度的碳硼烷基团连接起来,合成了带有聚集诱导发光(AIE)效应的邻-碳硼烷基发光分子。通过紫外可见吸收光谱、DFT计算、发射光谱及晶体结构测定等手段,研究了邻-碳硼烷可变的C-C键对化合物性质的影响。结果表明,在邻-碳硼烷骨架的碳原子上引入不同的取代基可以改变C-C键的振动特性,从而能够调控化合物的发光性质,并有效实现从ACQ到AIE的转变。     

基于三维数字图像相关的三维形貌拼接研究

三维数字图像相关(DIC)方法已在众多工程技术领域中得到了日益广泛的应用.当该方法用来测试表面曲率较大的物体的变形时,受双相机之间夹角的限制,不能实现全场的三维形貌测量.采用在两个(及以上)不同位置拍摄,分别得到被测物的局部形貌,然后用三维DIC算法计算局部坐标系之间的坐标变换关系,将局部形貌转换至同一坐标系下并拼接得到被测物全场三维形貌.实验结果验证了该方法的可行性和可靠性.     

新型带虚点的径向基函数微分求积法及其在薄板弯曲中的应用

本文提出了新型带虚点的径向基函数微分求积法,并将其应用于模拟薄板弯曲问题。带虚点的径向基函数微分求积法是一种基于传统径向基函数微分求积法的新型无网格方法,传统方法只将中心点放在计算域内,而该方法扩展了中心点的区域,使其既位于计算域内又位于计算域外,在不增加计算量和存储量的基础上,显著提高计算精度。本文首次尝试将此方法应用于求解薄板弯曲问题,并与解析解和传统方法进行对比,验证了此方法的优越性