各向异性粘弹性力学的本征化理论

在物体的异性子空间中研究了各向异性粘弹性力学,证明了对粘弹性介质,也存在运动方程及变形协调方程的本征特性,并由此得到相应的模态形式.再利用模态Maxwell本构方程 ,从而提出了一个各向异性粘弹性力学理论.它的优点是:(1) 方程是标量型的,并且各阶之间彼此无关,方程的个数与物体的异性子空间个数相同;(2) 无论物体的各向异性程度如何,其定解方程及相应边界条件形式是统一、显式的;(3)对静力学问题,没有力法和位移法的区别,即在力学空间下,平衡方程和变形协调方程没有区别;(4)每一阶方程都有明确的物理意义,例如在各向同性下,1阶和2阶方程分别代表体积变形过程和剪切变形过程;(5 )在力学空间下,粘弹性力学也存在类似弹性力学的应力势函数,并且它们是非人为确定的 ;(6) 最终解是由各阶解模态叠加构成,适于工程上的近似计算.     

周期性点阵类桁架材料等效弹性性能预测及尺度效应

比较了Dirichlet型和Neumann型边界条件下的代表体元法及均匀化方法对具有周期性结构的点阵类桁架材料等效弹性性能的预测结果.数值结果表明,Dirichlet型和Neumann型边界条件下的代表体元法所得结果随着参与模拟的单胞(微结构的最小周期)个数的增加,分别从上下界逼近均匀化方法的结果.对于一类具有特殊微结构的桁架材料,只需一个单胞即可充分逼近均匀化结果.指出产生尺度效应的判据是,对Dirichlet型边界条件下的代表体元法,单胞公共边界处的节点支反力是否平衡;对Neumann型边界条件下的代表体元法,单胞边界间变形是否协调.最后,我们证明了对于一类均匀化方法求解中没有广义自由度的桁架材料,其均匀化结果就是各构件性能按照体积份数加权平均得到.     

粘弹性阻尼修改后结构系统动特性的预测

无阻尼或比例阻尼结构系统经粘弹阻尼修改后,可变为粘弹性阻尼系统。要获得其动特性,需求解复特征值问题。但是,随之带来了计算量大、费用高等问题。尤其是粘弹性材料特性随频率而变化,需求解高阶非线性复特征值问题,这对于一个自由度较大的结构,计算量太大,通常较难实现。本文在特征值修改方法的基础上,提出粘弹性阻尼局部动力修改方法,即仅需已知原结构系统的实模态参数,就可求出粘弹阻尼修改后系统的复模态参数。还发展了特征值和修改量同时迭代方法,有效地解决了粘弹材料复模量随频率变化引起的非线性复特征值问题。     

EIGEN THEORY OF VISCOELASTIC MECHANICS FOR ANISOTROPIC SOLIDS

Anisotropic viscoelastic mechanics is studied under anisotropic subspace. It is proved that there also exist the eigen properties for viscoelastic medium. The modal Maxwell's equation, modal dynamical equation (or modal equilibrium equation) and modal compatibility equation are obtained. Based on them, a new theory of anisotropic viscoelastic mechanics is presented. The advantages of the theory are as follows: 1) the equations are all scalar, and independent of each other. The number of equations is equal to that of anisotropic subspaces, 2) no matter how complicated the anisotropy of solids may be, the form of the definite equation and the boundary condition are in common and explicit, 3) there is no distinction between the force method and the displacement method for statics, that is, the equilibrium equation and the compatibility equation are indistinguishable under the mechanical space, 4) each model equation has a definite physical meaning, for example, the modal equations of order one and order two express the volume change and shear deformation respectively for isotropic solids, 5) there also exist the potential functions which are similar to the stress functions of elastic mechanics for viscoelastic mechanics, but they are not man-made, 6) the final solution of stress or strain is given in the form of modal superimposition, which is suitable to the proximate calculation in engineering.     

PREDICTION OF MECHANICAL PROPERTIES OF FISH MUSCLE IN VIVO DURING STEADY SWIMMING

在综合游动力学的框架下采用整体模化分析方法,对比研究了鳗鲡鱼类和鲹科鱼类巡游中红肌（驱动鱼类巡游的骨骼肌）的力学性能异同. 该方法将观测总结的鱼体动态变形规律作为已知条件,首先确定鱼游中体外作用（包括流体动力响应和惯性力）,然后间接预测活体的体内作用（包括肌肉主动力和生物组织被动应力）. 研究结果显示,鳗鲡鱼类尾部的肌肉强度明显低于其躯干部分,而鲹科鱼类尾部和躯干部分肌肉强度相当,这与各自的体内作用主导机制相适应. 且体外作用的区别也导致了鲹科鱼类的能效更高. 同时发现,两种模式游动下都存在鱼体躯干内部从头至尾的能量传递,其肌肉输出净功沿鱼体轴向都呈“钟形” 分布. 总体上沿轴向各点的肌肉都输出正的净功.     

黏弹性材料等效分数阶微观结构标准线性固体模型

从黏弹性材料微观链结构出发,以橡胶基黏弹性材料超弹性理论分子网链高斯(Gauss)统计模型和黏滞流动理论为基础,研究黏弹性材料的微观结构、填料等对黏弹性性能的影响.用温频等效原理描述温度对黏弹性材料力学性能的影响,建立了可以有效描述黏弹性材料耗能特性的等效分数阶微观结构标准线性固体模型.采用动态热机械分析仪(DMA)对高聚物黏弹性材料力学性能、耗能能力进行测试.试验表明:在低温区域,储能模量较大,随着温度的升高,储能模量下降显著;能量损耗因子在高温和低温区域数值较小,在玻璃化转变温度附近数值较高.根据测试数据对所提等效分数阶微观结构标准线性固体模型进行验证,该力学模型能够较好地描述黏弹性材料储能模量和能量损耗因子随温度的变化趋势.用9050A和ZN22黏弹性材料对模型的有效性进一步验证,结果表明:9050A和ZN22黏弹性材料具有较好的耗能能力,所提出的等效分数阶微观结构标准线性固体模型能够准确地描述微观结构和填料对黏弹性材料宏观性能的影响,能够准确地描述黏弹性材料在不同温度和频率下的动态力学性能.     

正常及骨关节炎软骨细胞黏弹性研究

采用前交叉韧带切断术造骨关节炎(OA)动物模型，并采用微管吸吮技术和标准线性 黏弹性固体模型研究正常及OA软骨细胞的黏弹性特性. 实验研究表明：OA软骨明显退变， 大体评分及Mankin's评分均明显高于正常软骨. 正常软骨细胞直径与OA软骨细胞直径的差异无显 著意义，而正常软骨细胞与OA软骨细胞的黏弹性特性存在明显差异，正常软骨 细胞的平衡模量E , 瞬间模量E0及表观黏性 明显高于OA软骨细胞. 除正常软骨细胞平衡模量E 仅与细胞直径有微弱 相关性且具有统计学意义外，其余黏弹性参数均与细胞直径以及其 直径和微管直径比率无相关性.     

黏弹性结构蠕变屈曲特性的分析

分析了线黏弹性正交铺设层合板的蠕变失稳问题，由相空间的特征方程解出临界载荷，经Laplace数值反演得到屈曲载荷与时间的关系；然后，通过建立扰动模型和分析变形的有界与无界增长，讨论了黏弹性结构延迟失稳的特性，解释了临界载荷与失稳时间的具体含义．     

用KBKZ型本构方程表征Boger流体黏弹性

用4个KBKZ积分型本构方程(Wagner模型、PSM模型、2e模型以及3r模型)描述了一种Boger流体的黏弹性．采用最小二乘法拟合G′和G″获得材料的松弛时间谱,采用非线性规划方法拟合N1得到各模型的衰减函数参数,结果表明,4个模型都可以准确地表征该Boger流体的流变特性．由于Wagner模型、PSM模型较简单,选择这两个模型表征Boger流体的黏弹性是合适的。     

对不可压黏弹材料非线性本构关系的探讨

运用张量分析,证明了适合描述不可压缩黏弹性材料非线性本构关系的3种理论：BKZ理论、Lianis理论和Chirstensen理论,运用到各向同性材料中它们的单轴拉伸具有一样的表现形式,同时也验证了3种理论在解释非线性本构关系时具有统一性．     

混凝土静态力学性能的细观力学方法述评

混凝土力学特性是大坝、海洋平台等工程结构抗震设计及仿真分析的前提条件之一,也是目前研究的薄弱环节. 混凝土是一种典型的非均质材料,其宏观力学特性由细观组成来决定.本文总结了目前研究混凝土宏观力学特性的细观力学分析方法,细观有限元法及理论分析法; 阐述了界面过渡区(ITZ)对混凝土性能的影响,简单介绍了混凝土界面过渡区问题的研究现状;介绍了作者提出的混凝土宏观力学性能研究的细观单元等效化分析方法.最后对其未来发展的一些方向和有待进一步研究的问题作了总结.      

非均质粘弹性介质的准静态位移反演

从有限元及优化方法出发，给出非均质粘弹性介质的分阶反演公式，对粘弹性本构模式的识别作了初步探讨，考虑了信息误差的影响并给出有关算例     

复合材料层合板蠕变屈曲与变形的优化问题

将瞬时弹性失稳荷载、持久临界荷载和后屈曲持久变形刚度作为复合材料层合板蠕变屈曲与变形的优化指标,对几组纤维铺设方式进行讨论,构造多目标优化模型,就纤维铺设角进行优化分析.考虑横向剪切变形效应,分别利用Laplace变换和准弹性方法,导出了这三个优化指标的计算公式.     

热动力学理论在粘弹性断裂力学中的应用

本文基于热动力学定理推导了线性粘弹性材料的本构方程，并根据已有文献的思想列出了线性粘弹性材料的热力学平衡方程，由此推得二种全局能量释放率的表达开式，同时根据虚功原理进一步推得裂尖局部能量释放率，也就说明了全局能量释放率和被广泛应用的局部能量释放率之间的等价性，本文最后给出了在正交各向异性和向同性粘弹性介质中裂尖能量释放率的具体表达式。     

端承粘弹性桩纵向振动的轴对称解析解

将桩和土体视为粘弹性介质,在频率域求得了桩轴对称纵向振动时动力响应的解析解,进而得到桩头复刚度的解析表达式.通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应,考察了土层粘性、桩长径比、桩土模量比、桩泊松比和粘性等参数对桩头刚度因子和等效阻尼的影响.研究表明:由于考虑了桩的径向变形效应以及土层对桩的径向力作用,轴对称解析解的桩头动刚度因子和等效阻尼与经典Euler杆模型桩的桩头动刚度因子和阻尼有较大区别.因此,经典Euler杆模型桩的适用范围具有一定的局限性,在若干情形下应采用基于三维粘弹性的桩纵向振动轴对称模型进行分析.     

中空纳米微球填充复合材料的有效力学性能

中空纳米微球可作为复合材料填充体使用. 与相同粒径下的实心纳米颗粒相比,中空纳米微球密度更低,存在表/界面应力效应的面积更大,由此导致的不同力学行为值得人们关注和研究. 目的是研究表/界面应力对中空纳米微球填充复合材料力学行为的影响. 首先,基于广义自洽原理,利用考虑表/界面应力影响的四相球模型导出了中空纳米微球填充复合材料在单向载荷作用下的弹性场,获得了纳米复合材料有效弹性模量的闭合形式解. 然后,分析了纳米复合材料存在的尺度相关性. 算例结果表明,有效弹性常数和环向应力与经典解答不同, 取决于表/界面性能、纳米中空微球粒径和壁厚. 该结论对于中空纳米微球复合材料具有指导意义.      

胶粒改性陶粒混凝土力学性能试验研究

采用两种改性方案配制胶粒陶粒混凝土,试验研究规定龄期下改性陶粒混凝土的抗折、抗压和劈裂抗拉强度,并分析不同的养护环境对它的力学性能影响.试验结果表明,对胶粒进行改性处理后,能显著改善胶粒与水泥基材料的粘结性能,提高胶粒陶粒混凝土的力学性能;在不同的养护条件下,胶粒陶粒混凝土力学性能的整体变化规律是一致的,养护条件对胶粒陶粒混凝土力学性能的影响不是很大.     

软弱层带夹泥物理力学特征的仿真研究

软弱层带夹泥物理力学参数是评价岩体稳定性的基础。研究表明,在天然围压条件下,软弱层带夹泥的物理力学性质与其所承受的围压具有良好的相关性。因此,本文提出应用土工压缩定律及重力压密机制在室内对夹泥的物理力学特征进行仿真研究,并对仿真效果进行了评价。这为软弱层带夹泥物理力学参数的评价、预测提供了新的途径。     

石墨烯力学性能研究进展

石墨烯是近年来发现的由单层碳原子通过共价键结合而成的具有规则六方对称的理想二维晶体, 是继富勒烯和碳纳米管之后的又一种新型低维碳材料. 由于具有非凡的电学、热学和力学性能以及广阔的应用前景, 石墨烯被认为是具有战略意义的新材料, 近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理等领域最为活跃的研究前沿. 本文简要介绍了研究石墨烯力学性能的实验测试、数值模拟和理论分析方法, 重点综述了石墨烯力学性能的最新研究进展, 主要包括二维石墨烯的不平整性和稳定性, 石墨烯的杨氏模量、强度等基本力学性能参数的预测, 石墨烯力学性能的温度相关性和应变率相关性、原子尺度缺陷和掺杂等对力学性能的影响以及石墨烯在纳米增强复合材料和微纳电子器件等领域的应用, 最后对石墨烯材料与结构的力学研究进行了展望.      

纳料金属的力学性能

综述了纳米金属力学性能的研究进展,包括弹性模量、硬度与Hall-Petch关系、拉伸与压缩形变、蠕变与疲劳等力学性能的研究进展。