Elastic Analysis of Anisotropic Functionally Graded Rotating Disks With Non-Uniform Thicknesses北大核心CSCD

研究了任意梯度变化的变厚度各向异性转动圆盘的弹性问题.假设圆盘绕刚性轴匀速转动,其材料性能和厚度沿径向任意梯度变化.考虑圆盘在中心转轴处受位移约束,外侧自由,根据各向异性转动圆盘的平衡微分方程,得到关于径向应力的Fredholm积分方程,继而通过对Fredholm积分方程进行数值求解,得到结构的位移场和应力场.对具体梯度变化情况仅需代入相应梯度变化进行求解即可.数值算例部分,通过假设厚度、弹性模量等参数为特殊的幂函数形式,将由Fredholm积分方程求出的数值解与对应的精确解进行对比,以及针对常见的Voigt模型,将由该方法算得的数值解和ANSYS有限元计算结果进行对比,验证了该方法的准确性和精度.其次,针对Voigt模型,重点分析了厚度变化、材料性能梯度参数、各向异性度等对应力场和位移场的影响.提出了针对材料性能和厚度沿径向呈任意梯度变化的圆盘结构弹性分析方法,将为优化功能梯度圆盘的结构和材料参数、有效调整构件应力分布、提高结构安全性,提供强有力的工具;算例分析结果对功能梯度圆盘在复杂条件下的结构安全设计有重要的理论指导意义.     

混凝土梁三点弯曲断裂模式转变的近场动力学模拟

混凝土结构的宏观损伤开裂与其非均质微观结构紧密相关。底部带切口的混凝土梁在进行三点弯曲破坏时,随着切口的位置由梁中向梁边转移,裂纹由从切口处萌生并生长转变为从梁的中部萌生。本文采用半均质化近场动力学（IH-PD）模型和全均质化近场动力学（FH-PD）模型,分别对混凝土梁三点弯断裂问题进行模拟研究。IH-PD模型根据混凝土中骨料体积分数随机生成不同键的组合方式,将微观尺度的非均质性引入模型,无需详细描绘骨料形状和分布即可考虑混凝土非均质性。本文将IH-PD与FH-PD模型得到的断裂模式随切口位置的变化关系,与实验结果对比,分析微观结构对混凝土梁开裂的影响;基于非均质材料特征尺寸与IH-PD模型网格参数的相关性,模拟骨料大小对混凝土梁断裂模式的影响;另外,通过在IH-PD模型中设置预损伤的方式引入随机分布的孔隙,探讨孔隙率对混凝土断裂模式的影响。     

腐蚀损伤模型研究进展

腐蚀会导致材料表面附近产生机械损伤，降低材料强度。腐蚀损伤演化过程的理解和模拟，对工程结构的剩余服役寿命预测、可靠性分析、以及材料耐腐蚀设计等至关重要。现有的腐蚀数学模型大多旨在描述单个或少数几个腐蚀点的界面演化过程。这些模型通常都基于扩散理论和电化学动力学定律，用于预测腐蚀点的几何形状演化和溶液中离子的浓度分布演化。本文简述了腐蚀的电化学动力学基础，为力学工作者参与腐蚀损伤研究提供了简要的背景知识介绍。对目前发展比较完善的点腐蚀模型进行了总结分类。重点介绍了近十年来几种主要的新型腐蚀模拟方法：元胞自动机法、相场模型和近场动力学模型。并分析了各方法的优缺点。提出了电偶腐蚀和应力腐蚀开裂模型分析中亟待解决的一些问题。最后，论文总结了腐蚀模拟在实际工程应用中的难点，展望了未来研究发展方向。     

基于扭转模态的角振动压电俘能器研究

以线性压电理论为基础,分析了压电陶瓷圆柱壳的扭转振动问题.由于压电陶瓷柱壳的扭转振动使得覆盖于柱壳两端的电极之间出现电势差,通过导线连接两电极与外负载,则圆柱壳在振动过程中所捕获的能量能有效地供给微电子器件工作.得到了输出电压、电流、能量、效率以及输出功率密度的解析表达式,并数值分析了这类压电俘能器的基本性能.结果表明,这种结构能够用作压电俘能器,将旋转机械能转化成为电能.     

Piezoelectric generator based on torsional modes for power harvesting from angular vibrations

Torsional vibration of a circular piezoelectric shell of polarized ceramics mounted on a rotationally vibrating base is analyzed. The shell is properly electroded and connected to a circuit such that an electric output is generated. The structure analyzed represents a piezoelectric generator for converting mechanical energy from angular vibrations to electrical energy. Analytical expressions and numerical results for the output voltage, current, power, efficiency and power density are given.     

单晶Ⅰ型弹塑性开裂取向效应的离散位错动力学-近场动力学研究

本文采用基于近场动力学框架的位错动力学叠加模型对FCC单晶在四种不同取向下的I型弹塑性开裂行为进行模拟研究.在模型中，无需预设裂纹扩展路径和内聚力区域，裂纹扩展路径由位错与裂纹的相互作用自动确定.数值计算了FCC单晶体在不同取向时的位错分布演化和裂纹扩展路径.分析表明取向会影响韧性和断裂行为，并证实了单晶体的单轴拉伸开裂行为遵循施密特因子关系，即位错更倾向于在施密特因子大的滑移面上形核并滑移.计算得到位错裂纹演化结果显示，不同取向时位错在滑移系上的分布和演化行为会导致不同晶体断裂模式.