超弹-粘弹-损伤仿射微球模型及其应用

硅胶弹性体PDMS,在多个领域有着广泛的应用。为了提高PDMS的力学性质,近期我们在PDMS材料中加入微米尺寸的玻璃微珠,这有效地提高了PDMS的模量。然而,玻璃微珠填充的PDMS材料在循环变形过程中,在第一个加卸载周期出现大的滞回圈,表现出明显的损伤行为,且后续加载过程中仍有稳定的较小的滞回圈,显示出一定的粘弹性特性,此外,卸载后材料有明显的残余应变。针对上述实验发现,本文建立了一个基于仿射假设的微球模型,分子链在各个方向上初始均匀分布,当受到加载后,各个方向上的分子链发生损伤行为和粘弹性松弛机制,导致不同方向的各向异性变形行为。该五参数的本构模型能够描述玻璃微珠填充弹性体的实验现象,包括不同周次循环加载的滞回圈形状以及残余应变的大小。该理论模型能描述各类软材料体系的复杂力学行为,有望为软材料的力学行为的预测提供有力的支撑。     

矩形永磁体磁场分布的解析表达式

从分子环流模型出发，利用毕奥-萨伐尔定理，对于仅在一个方向均匀完全充磁的矩形永磁块体，导出了其外部空间磁场分布的解析表达式，该解析式能精确描述一块至多块按极性相反并列放置时矩形永磁体外部空间的磁场分布，针对单块永磁体，还分析了磁场分布与永磁体几何尺寸之间的依赖关系，以及磁场大小随外部空间点离开永磁体表面距离之间的关系；定量分析了横向磁场的强度均匀度和分布均匀度随永磁体几何尺寸和离开永磁体表面距离的变化规律。     

针对磁通蠕动效应的超导悬浮动力运动比较研究

针对超导-永磁悬浮系统,分别采用描述超导宏观电磁场本构关系的磁通流动模型和磁通流动与蠕动模型,定量模拟了自由悬浮于超导体上方永磁体的振动。通过比较研究说明磁通蠕动效应对超导悬浮动力运动的影响程度以及这一影响随超导临界电流密度、系统外加激励振幅和频率的变化规律。     

考虑磁通流动效应的超导薄膜基底结构界面断裂行为研究北大核心CSCD

超导薄膜是一种采用化学涂层制备而成的多层薄膜结构,作为性能优越的导电功能结构材料,其载流能力与结构完整性直接相关.在超导薄膜制备过程中,超导层与金属基底之间的界面裂纹很难避免.因此,在载流运行过程中,由于外磁场的存在,这类界面裂纹的强度问题成为关键.为此,该文针对超导薄膜结构,以磁通量子穿透薄膜理论和线弹性断裂理论为基础,建立了研究超导层与基底界面裂纹强度问题的解析模型.深入分析了外加磁场作用下界面裂纹强度问题,得到了超导磁通流动对裂纹尖端应力场和能量释放率的影响.结果表明:磁通流动速度越大,界面裂纹尖端处应力越大且能量释放率越大,这将导致界面更容易发生裂纹破坏.该文所得结果有助于分析相关的界面裂纹问题.     

铁磁板磁巴克豪森应力检测的解析模型

作为评估铁磁材料性能及应力状态的重要无损检测技术之一,磁巴克豪森噪声方法可实现对材料早期结构损伤及相关应力状态的定量评价,应用前景广阔.此方法能否准确评估材料内部损伤及应力状态,关键在于能否建立合理有效的检测信号与材料内部应力分布之间的关系.为此,本文以铁磁板为例,沿板厚度方向激发信号,根据磁巴克豪森信号传播过程中的强度衰减效应,建立了铁磁板表面磁巴克豪森信号与材料内部应力定量关系的解析模型.基于已有实验结果的研究证实,本文理论模型能准确反映不同检测频率下铁磁板内部均匀应力值差异对检测信号的影响.而且,对于铁磁板内存在应力分布的情形,采用本文解析模型,研究得到了板内应力分布、铁磁板厚度、磁导率和电阻率等主要参数对铁磁板表面检测信号的影响规律.本文理论模型不仅揭示了基于磁巴克豪森噪声方法的铁磁材料应力检测机理,同时也为发展磁巴克豪森无损检测技术提供了合理有效的理论依据.     

Analytic expression of magnetic field distribution of rectangular permanent magnets

From the molecular current viewpoint, an analytic expression exactly describing magnetic field distribution of rectangular permanent magnets magnetized sufficiently in one direction was derived from the Biot-Savart’s law. This expression is useful not only for the case of one rectangular permanent magnet bulk, but also for that of several rectangular permanent magnet bulks. By using this expression, the relations between magnetic field distribution and the size of rectangular permanent magnets as well as the magnitude of magnetic field and the distance from the point in the space to the top ( or bottom ) surface of rectangular permanent magnets were discussed in detail. All the calculating results are consistent with experimental ones. For transverse magnetic field which is a main magnetic field of rectangular permanent magnets, in order to describe its distribution, two quantities, one is the uniformity in magnitude and the other is the uniformity in distribution of magnetic field, were defined. Furthermore, the relations between them and the geometric size of the magnet as well as the distance from the surface of permanent magnets were investigated by these formulas. The numerical results show that the geometric size and the distance have a visible influence on the uniformity in magnitude and the uniformity in distribution of the magnetic field.     

基于表面效应三维纳米多孔金属力学性能的有限元分析

纳米多孔金属是一类包含大量纳米尺度孔洞的金属材料,孔洞突出的表面效应,使得其具有比传统多孔金属更为优异的力学性能.相对于理论和分子动力学仿真,有限元方法更适用于复杂结构模型,但受限于理论难度,以往研究仍将纳米多孔金属模型简化为较为简单的二维结构,因此无法真实刻画纳米多孔金属的力学性能.为此,基于Gurtin-Murdoch表面理论,成功构建计入纳米表面效应的有限元表面单元,并考虑微观结构非均匀性,发展面向一般三维纳米多孔金属力学行为的有限元计算模型,将计算得到的纳米孔附近应力分布与参考文献进行对比分析,验证了所构建有限元模型的有效性.通过对包含单球孔和随机多球孔的纳米多孔金属进行单轴拉伸和单轴压缩模拟,揭示了孔隙率、孔洞数量和表面参数对纳米多孔金属杨氏模量、压缩屈服强度和吸能性的影响规律.结果表明:所构建的有限元模型可准确捕捉纳米孔附近应力分布,相对于表面拉梅常数,纳米多孔金属的杨氏模量显著依赖于孔洞表面残余应力和加载方向.所构建的有限元模型为纳米多孔金属力学性能预测提供科学依据.