纳米板振动特性的两类尺度效应研究

利用非局部应变梯度理论研究了纳米板横向自由振动特性。通过迭代法获得非局部应力的渐近表达式,利用哈密顿变分原理推导了纳米板的振动控制方程。针对四边简支边界条件,运用双重三角级数法给出了板固有频率的表达式,然后研究了非局部参数、材料特征参数、几何尺寸对纳米板自振频率的影响。数值结果表明:非局部效应会弱化纳米板的等效刚度,因而使板的固有频率降低,应变梯度效应则与之相反,两类效应仅在纳米尺度下对自振频率有显著影响;板几何尺寸的改变也会对其振动频率产生重要影响。     

含尺度效应的功能梯度三明治微梁振动、弯曲与屈曲特性研究

基于修正的应变梯度理论和精化的高阶剪切变形理论,提出了一种含尺度效应的功能梯度三明治微梁模型。功能梯度材料的等效弹性参数由Mori-Tanaka均匀化方法描述。针对微梁的高阶边值问题,融合微分求积和Gauss-Lobatto求积准则,建立了一种2节点18自由度的微分求积有限元。通过对比性研究,验证了理论及数值模型的有效性。最后,讨论了边界条件、材料尺度参数、功能梯度指数、长细比、各层厚度比等对功能梯度三明治微梁静动态特性的影响。结果表明,功能梯度三明治微梁的静力响应、振动频率、屈曲荷载以及模态均呈现出显著的尺度效应,所得结果有望为微机电系统中承载器件的设计提供数据积累和方法依据。     

薄板声辐射特性的数值模拟与分析

基于MATLAB工程软件,研究了薄板结构在简谐激振力下的表面声压分布状况,分析了激振频率、激振位置、薄板尺寸以及薄板阻尼等因素对薄板表面声压级的影响以及规律。研究表明,激振位置对于薄板的表面声压级响应影响较小,而阻尼对于响应的影响较大,且这种影响在激振频率较高时比较明显。     

参量对正交异性矩形膜结构非线性振动的影响

本文主要研究了参量对正交异性矩形膜结构非线性无阻尼振动的影响。首先用解析法求得正交异性矩形膜结构在大挠度下的自由振动频率近似解析解,然后利用MATLAB编程分别计算在不同的初始预张力作用下膜面振动频率随膜面密度变化和在不同边长尺寸下膜面振动频率随膜面初始位移变化,最后分析得到了各参量对膜面振动频率的影响规律。     

Synchronous/Asynchronous Buckling of Double-Layered Microplate Systems北大核心CSCD

采用修正的偶应力理论和双变量高阶剪切变形理论,发展了层间填充弹性介质的双层微板系统在面内压缩荷载作用下的屈曲模型.基于Euler-Lagrange方程推导了系统屈曲的控制微分方程,运用Navier法获得了上下层均为四边简支时系统同步/异步屈曲的解析解.通过数值算例讨论了系统各参数对其屈曲特性的影响.结果表明：系统的异步屈曲特性依赖于材料尺度参数、长宽比和弹性介质模量,而同步屈曲特性仅依赖于前两项,并且异步屈曲荷载高于同步屈曲荷载;弹性介质的Pasternak模量较之于Winkler模量对系统的屈曲特性影响更显著.     

温差影响下的局部滑移接触行为的研究

针对不同温度装配件间接触界面的局部滑移问题,建立了三维稳态热弹性局部滑移接触的半解析求解模型.基于热弹性理论与热传导方程,构建了半空间受热流载荷和力载荷作用下的频响函数并建立了相应的影响系数矩阵.借助离散卷积-快速Fourier变换等数学工具,实现了针对高温压头与热弹性半空间局部滑移接触问题的高效求解.接触界面间的热量传递满足Fourier热传导定律,并且黏/滑状态由Coulomb定律确定.基于该半解析模型分析了不同荷载及温差对表面法向压力分布、摩擦力分布、刚体位移及接触区黏/滑演化行为的影响.研究结果表明,当法向荷载和切向荷载一定时,温差的上升会导致接触区域的减小,引起接触面法向压力及摩擦力的峰值增大,并且会显著影响黏着区与滑移区的分布情况.     

Influences of Attack Angles on Aerodynamic Derivatives and Flutter Characteristics of Flat Box Girders北大核心CSCD

以南京第四长江大桥扁平箱梁为研究对象,通过节段模型自由振动风洞试验详细测试了模型在不同风攻角下的颤振响应,探讨了系统非稳态及稳态临界振幅随风速的演化规律.首先,基于颤振响应振幅包络,结合Hilbert变换,识别了系统振幅依存的模态阻尼,并初步阐释了颤振形态随风攻角转变的机理.其次,提取了系统在不同风攻角下的模态参数,基于双模态耦合闭合解法,识别了断面在不同风攻角下的非线性颤振导数,研究了关键颤振导数振幅依存性随风攻角变化的规律及对断面颤振形态和特性的潜在影响.最后,通过逐项拆解模态阻尼,深入剖析了风攻角对非耦合及耦合气动阻尼的影响,并阐明了分项阻尼导致系统颤振性能差异性的动力学机理.     

纯钛与Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动磨损试验研究

文中主要研究了纯钛、Ti6A17Nb基体以及经过氮离子注入后的改性层的扭动微动磨损行为.氮离子注入采用高能离子注入机及增强沉积系统,加速电压为50 kV,注入剂量分别为1×l017、5×1017和9×1017cm-2.采用球/平面接触模式,对纯钛和Ti6Al7Nb合金/(Zr2O球(直径为25.2 mm),接触副在小牛血清介质条件下进行了纯钛和Ti6Al7Nb合金及其改性层的了扭动微动磨损试验.借助X衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、三维形貌仪(3D)和扫描电镜(SEM)分析了两种材料及其改性层的化学成分、微动磨损磨痕形貌和微观组织结构,探讨了纯钛和Ti6Al7Nb合金基材和改性层的扭动微动运行行为和损伤机制.研究结果表明:用氮离子注入方法处理钛及其合金,生成的氮化物层能够改善材料表面的综合性能,提高其扭动微动磨损的耐磨性.纯钛和Ti6Al7Nb基体的磨损现象为氧化和剥落,其离子注入层的磨损现象为犁沟.     

准三维功能梯度微梁的尺度效应模型及微分求积有限元

基于修正的偶应力理论与四参数高阶剪切-法向伸缩变形理论,提出了一种具有尺度依赖性的准三维功能梯度微梁模型,并应用于小尺度功能梯度梁的静力弯曲和自由振动分析中.采用第二类Lagrange方程,推导了微梁的运动微分方程及边界条件.针对一般边值问题,构造了一种融合Gauss-Lobatto求积准则与微分求积准则的2节点16自由度微分求积有限元.通过对比性研究,验证了理论模型以及求解方法的有效性.最后,探究了梯度指数、内禀特征长度、几何参数及边界条件对微梁静态响应与振动特性的影响.结果表明,该文所发展的梁模型及微分求积有限元适用于研究各种长细比的功能梯度微梁的静/动力学问题,引入尺度效应会显著地改变微梁的力学特性.     

高速列车铝型板振动声辐射特性研究

采用有限元方法建立高速列车铝型板结构分析模型,在设定边界条件基础上,利用声学软件完成了结构的固有特性、结构辐射声功率等声场特性参数计算。重点研究了自由阻尼层敷设前后底板厚度及阻尼层厚度对其固有特性及截止频率值的影响,以及对板结构振动声辐射特性的影响。研究结果表明:低阶频率范围底板厚度及自由阻尼层厚度对辐射声功率影响不明显;高阶频率范围结构会发生不可忽略的局部模态变形,底板厚度越小结构总辐射声功率越大,声辐射能力越强。敷设自由阻尼层时能够降低结构辐射声功率,但是阻尼层厚度变化对辐射声功率影响不明显。