自组装膜纳米压痕的分子动力学模拟

研究了金探针对沉积在金 (111)表面的 CH3 (CH2 ) 1 5S自组装膜的纳米压痕的分子动力学模拟 .结果表明 ,自组装膜在金探针的作用下出现了跳跃接触现象 ,倾角和法向载荷都出现明显的滞后 ,并进一步表明与探针和膜之间的粘着力有关     

弹性接触过程分析的有限元数值模拟

本文针对机械行业中的弹性接触问题，在有限元分析中，引主接触面单元和预留单元。以滚针轴承为例，对接触问题进行了深入的探讨，为准确地描述两接触体之间相互作用及变形协调的接触过程，提供了一种新方法。     

自泵送流体动静压型机械密封自清洁性分析

流体楔入式非接触机械密封在流体动压的形成过程中,为防止流体中固体颗粒对密封端面的损伤,需增设辅助系统以提供洁净的阻塞流体,这增加了密封初期建设和维护周期成本. 针对一种新型的泵出式自泵送流体动压型机械密封,应用Fluent中Laminar模型和DPM模型仿真研究了其在不同颗粒直径、转速、压差、液膜厚度和颗粒体积浓度下的自清洁特性. 结果表明:排屑率整体上随着颗粒体积浓度增大而减小;当颗粒体积浓度足够低时,排屑率均会达到60%以上;随着颗粒直径增大,排屑率先增大后减小,在直径0.7 μm时排屑最高达79.35%.;随着转速增大,排屑率先下降后显著上升,在计算的0~6 000 r/min范围内排屑率达到94%;排屑率受液膜厚度和压差影响较小.      

裸眼完井螺旋钻孔-射孔套管的有限元分析

针对裸眼完井中一种新型的螺旋钻孔-射孔套管,结合室内材料试验及有限元法,对不同深度的直井和水平井中套管承受非均匀载荷的力学性能进行分析。结果表明:随井深增加,套管所受应力和最大变形增加;同井深情况下,随着套管孔眼数量和孔眼面积增加,套管最大变形增加,最小应力减小、最大应力增加。应力集中是降低套管承载力的主要因素,选用套管时要考虑到载荷不均匀系数引起的应力破坏和变形引起的失稳破坏。研究结论可为合理选择、设计套管,确定套管钻孔和射孔的孔径、密度、相位,分析钻孔后套管的剩余强度,保证套管使用的安全性提供一定的理论依据。     

板材多点成形过程的有限元分析

多点成形过程采用静力隐式格式进行数值模拟是比较合适的。本文建立了用于多点成形过程分析的静力隐式弹塑性大变形有限元方法 ,给出了对稳定迭代收敛过程效果较好的板壳有限单元模型、处理多点不连续接触边界的接触单元方法以及增量变形过程中应力及塑性应变计算的多步回映计算方法。基于这些方法编制了计算软件 ,应用该软件进行了矩形板的液压胀形过程及球形模具拉伸成形过程的有限元分析 ,数值计算结果与典型的实验结果及计算结果吻合很好。最后给出了球形、圆柱形目标形状的实际多点成形过程的数值模拟结果。     

股骨形态及应力应变的三维有限元分析

建立了一个针对高危女性人群股骨结构的三维有限元模型,分析了运动荷载作用下此类股骨的应力和应变分布以及股骨破坏的可能部位.结果表明:运动荷载使股骨产生较大的横向位移和弯曲变形;股骨颈处的应力和应变最大,容易在股骨颈处以及大转子与股骨干的连接部位附近发生破坏.模拟结果为研制适用于此类人群的高性能人工股骨提供了参考.     

基于风时程模拟的高耸结构风致响应有限元分析

高耸结构柔性较大,对风荷载较为敏感,相比一般风的影响,台风作用下的高耸结构更易产生强烈的动力响应.考虑台风的基本特性,选取合适的台风风速谱,运用数值模拟方法,仿真得到了与结构竖向相关的18条脉动风载时程样本.采用有限元方法建立某高耸钢塔结构的三维有限元模型,并在时域内研究其在台风作用下的动力响应.侧重比较研究了结构线性与非线性对高耸钢塔结构风致动力响应影响,并与采用经典的Davenport谱的计算结果进行了比较.研究表明:同一种风谱计算的风载作用下,考虑几何非线性影响的高耸结构风致位移响应略大于线性情况下的计算结果,但差别不是太大;采用台风风谱计算风致结构动力响应的峰值和均方差比采用Davenport谱的计算结果大得多.     

闭孔泡沫金属变形模式的有限元分析

运用有限元软件ABAQUS/Explicit模拟了三维Voronoi闭孔泡沫金属在不同的冲击速度下的变形行为。随着冲击速度的提高,得到了3种变形模式:准静态均匀模式、过渡模式和冲击模式,并以相对密度和冲击速度为坐标建立了变形模式图。引入应力均匀性指标和变形局部化指标,确定了模式转化的临界速度,并与已有的冲击速度预测公式进行了比较。根据临界速度的数值和理论结果,提出了一种确定锁定应变的方案,结果介于压实应变和完全密实应变之间。     

基于动态本构模型的整流罩铰链系统自冲击分析

整流罩铰链系统结构分析是大型整流罩分离分析的重要环节,也是国内新一代运载火箭研制过程中的关键技术之一。基于30CrMnSiA和ZTC4-1的力学性能试验研究,得到材料的动态本构模型,并建立整流罩及动态本构模型下的铰链系统有限元模型。通过非线性显式动力学分析方法,对铰链系统自冲击过程进行仿真,得到冲击作用下铰链系统的应力和应变情况,并通过内力分析得到自冲击过程中铰链系统的主要内力形式。最后,通过比较铰链系统动态本构与准静态本构下的自冲击响应,验证并说明了动态本构模型对铰链系统自冲击仿真的影响。计算结果表明,自冲击作用会使铰链系统发生塑性变形,且动态本构模型有利于反映真实结果,为新一代运载火箭的研制提供一定的参考价值。     

玻璃表面全氟聚醚衍生物润滑膜的自组装及性能研究

利用自组装技术将两种不同分子量的全氟聚醚衍生物分别组装在玻璃表面,然后采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、椭圆偏振测厚仪对自组装润滑膜的化学结构、润湿性能、微观形貌和膜厚进行了表征,并用TRB摩擦试验机考察了自组装和非自组装两种全氟聚醚衍生物润滑膜的摩擦学性能. 结果表明:全氟聚醚衍生物在玻璃表面的自组装明显降低了玻璃基底的摩擦系数,分子量的大小、自组装溶液的浓度对润滑薄膜的润湿性和耐磨性均有重要影响;而且自组装的分子与玻璃基底的化学键合力更强,热处理后的自组装润滑膜更为致密,因此摩擦学性能更优. 利用三维轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析润滑膜磨痕的形貌及对偶钢球表面的磨斑形貌、元素组成及化学状态,显示润滑膜与对偶钢球摩擦的过程中发生分解,形成了含有有机氟氧化物和有机氟碳化物等的碎片,并发生了转移,进而导致摩擦失效.      

混凝土结构锈胀开裂的扩展有限元数值分析

依据非均匀锈胀理论提出钢筋锈胀作用的计算方法,应用扩展有限元法(XFEM)建立了钢筋锈胀保护层开裂的有限元模型.数值分析表明:采用XFEM与混凝土黏聚力模型能有效模拟混凝土开裂及裂纹扩展,避免了网格重剖分的问题;预裂纹的存在抑制了混凝土裂纹萌生,却加速了裂纹扩展贯通保护层,且萌生始于预裂纹尖端,而非钢筋-混凝土锈蚀层界面处;初始无损伤结构裂纹萌生位置对称分布于锈蚀层界面一定范围内,裂尖距交界面距离越大,单元受锈胀影响越小,最终贯通保护层主要是锈胀位移与锈蚀产物渗入裂缝产生作用力共同作用的结果,且裂纹扩展角趋于120°;提高混凝土等级和增大保护层厚度能有效延缓锈胀裂缝的产生与发展,有利于提高结构耐久性.     

硅表面聚苯乙烯自组装超薄膜的制备及摩擦磨损性能研究

研究了苯乙烯 -乙烯基三乙氧基硅烷共聚物在羟基化基片上的自组装行为及聚合物超薄膜的摩擦磨损性能 .结果表明 ,自组装聚合物薄膜的厚度和均匀程度取决于聚合物成膜溶液的浓度 .与空白基底相比 ,自组装膜修饰的基底在低载荷下同钢对摩时的摩擦系数更低 ,耐磨寿命更长 .因此 ,自组装聚合物薄膜可以作为低载荷下硅基材料的减摩抗磨防护层     

硅基表面稀土改性碳纳米管/氨基硅烷自组装复合膜的摩擦磨损性能

配置稀土溶液对碳纳米管进行表面改性,采用自组装膜技术在单晶硅表面制备了稀土改性碳纳米管复合薄膜,考察了其表面形貌、化学组成和摩擦学性能。扫描电子显微镜观察发现单晶硅表面附着了大量不规则排列碳纳米管,X射线光电子能谱仪分析发现稀土元素与薄膜表面的磷酸基发生了化学反应,从而使碳纳米管组装到基片表面。UMT-2MT摩擦试验机测试结果表明在给定的试验条件下,复合薄膜的摩擦系数较低,随载荷和速度的增加变化不大。由于稀土改性碳纳米管复合薄膜的存在,与未处理碳纳米管复合薄膜、硅烷薄膜相比,基片表面摩擦系数显著降低,并表现出了优异的耐磨性及摩擦稳定性。     

强夯处理高填方的大变形有限元数值模拟

根据强夯处理高填方时土体存在局部大变形的特点,运用非线性有限元理论,导出弹塑性大变形有限元动力平衡方程,对高填方强夯处理进行数值模拟,得到夯坑形状、土体应力变化及塑性区演化等结果.研究表明,采用弹塑性大变形有限元动力分析方法模拟高填方的强夯处理过程是可行的,其力学分析与传统方法相比更加精细,模型更加符合强夯加固的实际特征,数值模拟结果与现场试验吻合较好,对强夯加固机理研究和工程实践具有较高的参考价值.     

消除初轧机系统自激振动的理论分析

在研究初轧机因打滑等因素产生自激振动时,本文考虑了连接轴转动的影响;从而提出一个新的力学模型,建立了具有运动边界问题的微分方程,得到消除自激振动的条件．     

野渡无人舟自横现象的数值研究

为了研究``野渡无人舟自横'这一自然现象,本文采用数值仿真技术模拟研究了小船在水流作用下的运动特性,得出：顺于水流以及横于水流都属于小船平衡位置。但顺于水流属于非稳定平衡位置,受扰动后将失去平衡,并再也恢复不到原平衡位置;而横于水流属于稳定平衡位置,此时即使小船受到扰动失去平衡,最终也能在自身力矩作用下重新恢复到原平衡位置。     

基于CUDA的有限元矩阵并行装配算法研究

构建航天飞行器的结构有限元模型是准确模拟飞行仿真、完成飞行器在轨飞行阶段结构故障监测和诊断的基础。采用细长体飞行器简化梁模型，提出新的基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）的有限元单元刚度矩阵生成和总刚度矩阵组装算法。依据梁单元矩阵的对称性，结合GPU硬件架构提出并行生成算法并进行改进。为有效减少装配时间，在装配过程中采用着色算法，提出了基于GPU（Graphics Processing Unit）共享内存的非零项组装策略，通过在不同计算平台下算例对比，验证了新算法的快速性。数值算例表明，本文算法的求解效率较高，针对一定计算规模内的模型可满足快速计算与诊断的实时性要求。     

紫外照射对FOTS自组装分子膜表面特性和摩擦特性的影响

利用自组装技术在硅基底制备FOTS自组装分子膜,对FOTS自组装分子膜进行紫外照射.采用接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)和多功能摩擦磨损试验机(UMT)评价薄膜的表面特性和摩擦学特性.结果表明:FOTS自组装分子膜的蒸馏水接触角为109°.紫外照射导致C元素被O₃氧化,形成亲水的-COOH末端基团,使其接触角变小,表面粗糙度增大.在微载荷下,FOTS自组装分子膜和经不同时间紫外照射的FOTS自组装分子膜均可降低硅基底的摩擦和磨损.紫外照射后使FOTS自组装分子膜的摩擦系数增大,磨损加剧,这与其表面结构和润湿性变化相关.     

基于有限元模拟的SUS304奥氏体不锈钢摩擦耦合变形过程的应力分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件对SUS 304奥氏体不锈钢薄板的摩擦耦合变形过程进行了数值模拟.采用隐式-显式序列求解法和分段线性塑性材料模型,分析了钢带摩擦耦合变形时的应力分布规律及载荷、下压量和滑动速度等因素对钢带剪应力、主应力及等效应力的影响.结果表明:摩擦耦合变形的试验参数显著影响钢带的应力分布,验证了钢带在低于其屈服强度的应力条件下发生塑性变形的摩擦诱发效应.对奥氏体不锈钢摩擦诱发马氏体转变行为的研究及其摩擦学性能的改善具有一定的指导意义.     

采用共旋应变的三维热弹塑性有限变形有限元法

本文采用线性化共旋应变张量和增率型虚功原理，建立了有限变形热力耦合弹塑性有限元法。在该方法中，材料的流动应力取为应变总量、应变速率和温度的函数，推导了包含这种函数关系的本构矩阵。另外在温度场分析中，考虑了塑性功和摩擦功转化的热量。文后给出的算例表明该方法可以很好地模拟热加工过程。