软磁材料的力磁耦合本构的实验研究

磁性材料已经在新技术中起着重要的作用,研究这些磁性材料的力学规律对于磁性材料的应用和发展至关重要.软磁材料在工作状态时,一般受到机械应力场和电磁场双重耦合场的作用,其本构关系本质上是非线性的.这给理论模拟带来了很大困难.目前无论是从实验方面或者是理论模型方面,对软磁材料的力磁耦合本构关系的研究都很不成熟.本文用实验方法,研究了高纯度镍和锰锌复合铁氧体这两种传统软磁材料的力磁耦合本构关系.研制了力磁耦合加载设备,测量设备和监控设备.采用铁氧体粉末烧结方法,烧制了实验所需的圆柱状实验试件.实验结果表明,外加应力对镍和锰锌铁氧体材料的磁致应变具有重要影响,较大预加应力对镍的磁化强度产生较明显的影响.而外应力对锰锌铁氧体材料的磁化曲线影响很小.     

结构与土接触面的弹黏塑性本构模型

基于Goodman接触面单元,在Clough——Duncan双曲线关系式的基础上改进了三元件宾厄姆体,建立了结构与土接触面的弹黏塑本构模型,使用ABAQUS的FRIC子程序对该模型进行了二次开发.通过改装的应力控制式结构——土接触面剪切试验仪进行了接触面长期剪切试验,验证了该接触面本构模型.研究结果表明：结构与土接触面的弹黏塑本构模型能较好地模拟接触面的力学特性和时间效应;正应力对结构与土接触面的力学行为影响较大,正应力越大,接触面的时间效应越显著.     

弹／粘塑性三维应力的参数变换

对符合Ｂｒｉｄｇｍａｎ假设和简单加载条件的弹／粘塑性材料，本文引用坐标变换的三个参数σｍ、μσ、ｊ′２将非线性弹／粘塑性本构方程线性化。用这些参数构造三维基本方程，用Ｌａｐｌａｃｅ变换方法可以求解。本文用这一方法分析了弹／粘塑性力学典型问题。     

材料的弹粘塑性本构关系和应力波的演化

试验表明，大多数工程材料在冲击载荷作用之下的变形一般都同时包含有可恢复的瞬态性弹性变形和不可恢复的粘滞性塑性变形，即其本构关系可以用弹粘塑性模型来描述。本文从内变量理论出发，探讨了时率相关材料的弹粘塑性本构关系的一般特性，建立了增量型的弹粘塑性本构关系的一般理论框架和普适的表达式，并且对两种最常用的本构模型——Bodner-Partom模型和Johnson-Cook模型给出了在一维应变条件下的具体形式。通过计算和讨论一维应变粘塑性靶板中冲击波的衰减机制和应力波的演化规律，特别是考察各种粘塑性本构模型中的材料参数对冲击波的衰减和应力波的演化的影响，得出了一些可以直接应用或具有一定借鉴价值的结果，为研究应力波的其他衰减机制以及在人防工程中智能防护层设计时新材料的选取奠定了基础。     

弹、塑性轮盘塑性区的实验应力换算

介绍一种弹、塑性状态轮盘的实验应力换算新方法．其优点是在迭代运算过程中无需反复利用拉伸曲线求割线模量E’,大大简化计算工作．     

半无限粘弹杆的广义磁热粘弹问题

应用Lord-Shulman(L-S)和Green-Lindsay(G-L)广义热弹性理论,研究了在磁场中受移动热源作用的半无限长均质各向同性粘弹杆的磁热粘弹动态响应,并与经典耦合理论进行了对比.给出了杆的广义磁热粘弹耦合的控制方程,借助拉普拉斯积分变换及其数值反变换对控制方程进行了求解,计算得到了杆内温度、应力和位移的分布规律.研究结果表明:时间、热源移动速度和磁场大小对以上分布规律都有一定的影响.     

列车车轮钢表面硬度的微磁定量检测方法

多功能微磁检测技术在铁磁性材料力学性能的无损表征中具有良好的应用前景。本文研究该技术对CL65、ER7车轮钢表面硬度的无损检测能力。首先,利用变异系数分析方法评价了多功能微磁仪器对车轮钢微磁参量的重复检测性能;其次,开展了标定实验,基于斯皮尔曼秩相关系数分析了微磁参量对车轮钢表面硬度的单调表征能力;最后,通过融合多项磁参量,建立了基于BP神经网络的车轮钢表面硬度的微磁定量预测模型。外部校验结果显示,BP神经网络模型对CL65、ER7车轮钢表面硬度的预测平均误差分别约为0.59%和1.22%。     

NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形行为宏微观实验和理论研究进展

论文对NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形行为研究的最新进展进行综述和评价.首先总结NiTi形状记忆合金在循环加载条件下的单轴、非比例多轴循环变形特性以及强烈的热-力耦合特性,阐述NiTi形状记忆合金在循环变形过程中出现功能性劣化的微观机理;然后,讨论在宏观和细观尺度上建立的三类NiTi形状记忆合金典型的循环本构模型,并评述代表性模型的预测能力;最后,总结已有研究存在的不足,对相关问题的进一步研究提出建议.在本构模型方面主要介绍了作者及其合作者在基于晶体塑性的热-力耦合循环本构模型方面的工作,突出了多种非弹性变形机制和强烈热-力耦合行为对形状记忆合金循环变形行为的影响.     

随从力作用下热弹耦合轴向运动梁的稳定性

研究了切向均布随从力作用下热弹耦合轴向运动梁的稳定性问题。建立了热弹耦合轴向运动梁 在随从力作用下的运动微分方程,采用归一化幂级数法,推导出了2种边界条件下热弹耦合轴向运动梁在随 从力作用下的特征方程。计算了系统的前3阶量纲一复频率,分析了量纲一运动速度、量纲一热弹耦合系数 和量纲一随从力等参数对梁的稳定性的影响。     

刚—流—弹耦合系统动力方程及其动力边界条件的建立

应用Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理，建立了由刚体、两种互不相溶可压缩粘性流体以及弹性体组成系统的动力方程及其动力边界条件，完善和推广了Ｒｕｍｙｊａｎｔｓｅｖ［４，５］、Ｌｉｕ［６］的工作。     

塑性成型弹塑性有限元模拟的静水压力间接计算法

在单元内偏应力导数精度分析的基础上，了偏应力导数佳点逐层积分建立了修正的静水压力间接算法，将该方法应用于金属成型过程的弹塑性有限元模拟中，较好了解决了大步长时应力计算精度低的问题，提高了计算效率，算例表明，在变形总量和应变步长都较大的情况下。用庐方法计算得到的应力和变形载荷仍具有较好的精度。     

构元组集损伤断裂模型及其与内聚区模型的比较

结构的响应实质上是材料的响应,宏观结构损伤至断裂的发展过程也是材料性质不断演化的结果.构元组集模型从材料的微观物理变形机制出发,基于对泛函势理论和Cauchy-Born准则,抽象出两种构元:弹簧束构元和体积构元.在微观层次上,结构损伤和断裂的实质都是原子间键合力减弱和丧失的结果,而弹簧束构元是同一方向上的原子键的抽象,因此损伤可以通过弹簧束构元的响应曲线来反映.组集两种构元的响应,建立了材料的弹性损伤本构关系,从而能一致描述材料从弹性到损伤、破坏的发展过程.将构元组集模型的本构关系嵌入ABAQUS的用户材料单元子程序UMAT,实现对结构响应的数值模拟.论文模拟了包含中心预制裂纹三点弯曲梁的裂纹扩展过程,并与内聚区模型比较,给出了内聚区模型所假设的应力-位移关系曲线,并从材料损伤演化的角度对材料裂纹扩展过程做出了物理解释.     

THEORETICAL MODEL OF EFFECTIVE STRESS COEFFICIENT FOR ROCK/SOIL-LIKE POROUS MATERIALS

Physical mechanisms and influencing factors on the effective stress coefficient for rock/soil-like porous materials are investigated, based on which equivalent connectivity index is proposed. The equivalent connectivity index, relying on the meso-scale structure of porous material and the property of liquid, denotes the connectivity of pores in Representative Element Area （REA）. If the conductivity of the porous material is anisotropic, the equivalent connectivity index is a second order tensor. Based on the basic theories of continuous mechanics and tensor analysis, relationship between area porosity and volumetric porosity of porous materials is deduced. Then a generalized expression, describing the relation between effective stress coefficient tensor and equivalent connectivity tensor of pores, is proposed, and the expression can be applied to isotropic media and also to anisotropic materials. Furthermore, evolution of porosity and equivalent connectivity index of the pore are studied in the strain space, and the method to determine the corresponding functions in expressions above is proposed using genetic algorithm and genetic programming. Two applications show that the results obtained by the method in this paper perfectly agree with the test data. This paper provides an important theoretical support to the coupled hydro-mechanical research.     

应力和位移约束下桁架拓扑优化的有无复合体方法

按照独立连续拓扑变量的思想,将有无复合体模型由构造应力约束问题发展为应力与位移约束问题,用于桁架结构拓扑优化.基于该文提出的位移约束与拓扑变量关系的近似显式,建立了具有应力、位移约束下桁架结构拓扑优化的有无复合体模型,用序列二次规划算法求解.数值结果令人满意.这一工作表明独立连续拓扑变量的提出对于结构拓扑优化的研究是有价值的.     

A THEORETICAL MODEL FOR THERMAL-SENSITIVE MICROGEL WITH PNIPAM CORE AND ELASTIC SHELL

Poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAM) microgels are widely used in drug delivery due to their fast response to temperature.In order to get a better biocompatibility,PNIPAM microgels are typically coated with a layer of biocompatible material,resulting in composite microgels with core-shell structure.In a composite microgel prepared recently,for example,a microsphere of PNIPAM gel is enclosed by a phospholipid membrane,and the composite microgel exhibits a substantial volume transition in response to temperature changes.Here we develop a theoretical model to describe the thermal-responsive behavior of this composite microgel.In particular,we treat the phospholipid membrane as an elastic layer behaving like rubber-like elastomers and adopt the form of the free-energy function for nematic gels(which refer to anther species of thermalsensitive gels whose behavior has been intensively studied) as that for PNIPAM gels.We show that the thermal-responsive behavior of the composite microgel can be markedly influenced by the membrane.By investigating the state of stress on the interface,we further predict that when the coating membrane is stiff and thin,wrinkles are expected to occur on the outer surface of the composite microgel after the volume transition.     

A HYDRO-MECHANICAL-CHEMICAL COUPLING MODEL FOR GEOMATERIAL WITH BOTH MECHANICAL AND CHEMICAL DAMAGES CONSIDERED

A general framework of hydro-mechanical-chemical coupling model is proposed for geomaterial subjected to the dual effects of mechanical loading and chemical degradation. Mechanical damage due to microcracks in solid matrix and chemical damage induced by the increase of porosity due to dissolution of matrix minerals as well as their interactions are considered. A special model is proposed for sandstone. The reaction rate is formulated within the framework of mineral reaction kinetics and can thus take into account different dissolution mechanisms of three main mineral compositions under different pH values. The increase of porosity is physically defined by the dissolution of mineral composition and the chemical damage is related to the increase of porosity. The mechanical behavior is characterized by unified plastic damage and viscoplastic damage modeling. The effective stress is used for describing the effect of pore pressure. The elastic parameters and plastic evolution as well as viscoplastic evolution are dependent on chemical damage. The advection, which is coupled with mechanical damage and chemical damage, is considered as the dominant mechanism of mass transfer. The application of model proposed is from decoupled experiments to fully coupled experiment. The model offers a convenient approach to describing the hydro-mechanical-chemical coupled behavior of geomaterial.     

利用锚杆轴力量测定围岩破坏区的方法

本文系统总结了锚杆轴力分布型式,分析了各轴力分布型式的力学机理。结果表明,在围岩不同区内,锚杆所受剪切力具有不同的特点,而且,锚杆所受剪切的特点在锚杆轴力分布中得到了反映。根据以上关系,提出了利用锚杆轴力量测确定围岩破坏区的方法。     

RESEARCH DEVELOPMENTS OF SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS METHOD AND ITS COUPLING WITH FINITE ELEMENT METHOD

拉格朗日型的有限元法和光滑粒子法在模拟材料大变形问题时各存优缺点, 而有限元与光滑粒子耦合算法实现了在小变形区域采用有限元法计算, 在局部的大变形区域采用光滑粒子法计算, 有效地综合了有限元法计算效率高和光滑粒子法能够自然地模拟材料大变形问题的特点.重点论述了有限元法、光滑粒子法以及有限元与光滑粒子耦合算法的研究现状及应用进展, 并讨论了各方法中需要进一步解决的问题.最后通过算例对3种方法的计算精度和计算效率进行了分析, 供研究人员参考.     

IN-LINE MEASUREMENT OF PARTICLE SIZE AND CONCENTRATION WITH LIGHT FLUCTUATION METHOD

This paper presents a new method for in-line and in-situ particle sizing based on the Light Fluctuation Method, including the development of a novel optical probe capable of measuring particle size and concentration in the broad range of 10～1000 microns.     

多自由度强非线性耦合参激系统随机响应计算方法

本文采用非高斯矩闭合方法计算了一个含参数激振的二自由度强非线性耦合系统受随机激励的响应方差。用逐次消除法消除方程中的惯性耦合后推导出直到6阶的矩方程,采用中心累积量截断技术计算了白噪音激励下的响应方差,并与时域直接积分和数字模拟方法的结果进行比较,取得了一些有意义的结论。