超弹性材料的不稳定性问题

超弹性材料是一类性能独特、不可替代且有广泛工程应用的高分子材料,对其独特的材料不稳定性问题的研究极大地推动了连续介质力学有限变形理论和超弹性理论的发展.综述了超弹性材料中的材料不稳定性问题的研究成果和最新进展,包括Rivlin立方块问题、薄壁球壳和薄壁圆筒的内压膨胀问题、圆柱的扭转问题、块体的表面不稳定性问题、空穴的生成、增长和闭合问题等.阐述了这类材料中各类非线性不稳定性问题的特点、问题的求解、主要结果及今后进一步的研究方向等.      

单轴压缩下微纳晶镍的孔洞演化模型

在含孔隙微纳晶材料受单轴压缩载荷下的大塑性变形中,由于孔洞与基体变形的不匹配,在孔洞周围将产生大量的几何必需位错,本文假设这些位错均匀地从孔洞表面向其内部发射,促使孔洞周围先产生局部非均匀变形,从而导致微纳晶镍试样内孔隙率的变化。基于这种假设本文首先建立了单轴压缩载荷下孔洞的演化发展模型,并用此模型预测了孔隙率的变化,将其与实验测定值进行了比较,结果表明孔洞演化发展模型具有一定合理性。在此基础上,讨论了固定孔隙率和演化发展的孔隙率对不同晶粒尺寸和不同应变速率下的纳晶镍试样力学行为的影响。     

布孔方式对孔洞材料宏观力学性能影响的研究

运用材料破坏过程分析MFPA2D系统,从细观力学和损伤力学角度,研究了布孔方式对孔洞材料宏观力学性能以及破坏机理的影响。在研究中,分别建立了三种含双孔、四孔以及多孔的正方形数值模型。双孔以沿试件垂直中心线重叠布置,沿试件水平中心线并列布置和沿试件对角线倾斜布置三种方式进行布孔,四孔以正方形和菱形两种布孔方式置于试件中央区域,多孔成排布置并使其相邻四孔成正方形和菱形镶嵌于试件中。然后对这三种试件分别进行了标准的单轴压缩数值试验。通过对试验结果的讨论,阐明了布孔方式对孔洞材料宏观力学行为和细观损伤机理的影响。结果表明:孔洞的相互作用既可以增强应力集中程度,也可以减弱应力集中程度;正方形布孔方式比菱形布孔方式使孔洞材料具有更高的承载能力;多孔材料的延性断裂行为是孔洞应力屏蔽作用和材料损伤局部化行为共同作用的结果。     

幂硬化材料平面应变条件下的复应力函数解

本文导出应力函数的几个特解，以便增加对幂硬化材料平面应变问题的认识     

幂硬化材料平面应变条件下的复应力函数解

本文导出应力函数的几个特解，以便增加对幂硬化材料平面应变问题的认识     

理想弹塑性压力敏感性材料中球形孔洞的动态扩展研究

通过椭圆形的屈服方程和自相似假设,结合Hopkins三区模型,研究了理想弹塑性压力敏感性材料中球形孔洞的动态扩展问题,得到了塑性区场量的非线性控制微分方程组。通过弹性区的应力场以及弹塑性边界的塑性屈服条件,给出了塑性区的初值,并应用打靶法给出了问题的数值解。结果表明:与幂硬化材料中的应力场变化不同,理想弹塑性压力敏感性材料中,应力场的变化较小,且基本不受参数孔洞膨胀速度m和压力敏感性参数α1、α2的影响;随到孔边距离的减小,应变明显增大,同时相对密度稍有增大。     

金属材料平面应变拉伸变形局部化有限元分析

本文对于涉及韧性金属大变形中颈缩与剪切带断裂一类高度非线性变形局部化问题进行了弹塑性有限元数值模拟。采用改进的Ｊ２形变理论微分形式公式与交叉三角形四边形单元有限元网格，详细研究了应变硬化指数及初始表面不均匀特性的平面应变拉伸颈缩和剪切带形成的综合影响，给出此类问题的断裂机制图。     

激波诱导下的气体界面不稳定性实验研究

界面不稳定性, 特别是Richtmyer–Meshkov (RM) 不稳定性, 是流体
力学中一项重要的研究内容, 无论在学术研究领域还是工程应用领域都有着
重要的研究价值和应用背景. RM 不稳定性问题自提出以来, 得到了学术界
广泛的关注, 其研究无论是在实验方法、数值模拟还是在理论分析方面都取
得了很大的进展. 在激波管中开展激波与界面相互作用的实验研究, 即研究
界面初始扰动在激波诱导下的演化规律, 是目前研究RM 不稳定性的重要手
段. RM 不稳定性实验研究包括3 个部分, 分别是激波的产生、界面的形成
以及流场的观测. 综述了RM 不稳定性的实验研究进展, 并针对目前研究的
局限性提出了RM 不稳定性今后实验研究的重点和方向: 汇聚激波作用下界
面不稳定性的发展规律; 激波冲击下多种形状及大振幅界面的演化机理; 三
维界面的RM 不稳定性发展规律; 可压缩湍流的形成与混合机理.      

多轴载荷作用下马氏体耐热钢中微孔洞演化行为的模拟研究

微孔洞演化包括孔洞成核、生长和聚合三个阶段,是影响金属材料韧性断裂的重要因素.为了分析P91马氏体耐热钢中的塑性滑移对微观孔洞扩展的影响,论文提出了一种基于晶体塑性有限元的微观力学计算模型,量化了应力三轴度、洛德参数和晶体取向对微孔洞演化行为的影响.结果表明,在相对较高应力三轴度条件下,随着应力三轴度的增大,含孔洞马氏体块的等效应力-应变响应呈现出快速软化的特征,同时孔洞体积分数随着等效应变的增加而快速增加.对于给定的应力三轴度,胞元的聚合应变在[111]取向时最小,在[110]取向时最大.孔洞聚合开始时,低应力三轴度下孔洞形状趋向于椭球状,而较高应力三轴度时孔洞横向略鼓.在一定的应力三轴度和洛德参数范围内,在孔洞聚合和孔洞坍塌两种胞元失效状态之间存在着一个条带状过渡状态,在[100]晶体取向时,当洛德参数L=-1时条带最宽.论文揭示了P91马氏体耐热钢中微孔洞演化的基本机制,分析了晶体取向、应力三轴度和洛德参数对微孔洞演化的影响.这些发现为P91马氏体耐热钢的韧性损伤模型的进一步发展提供了微观理论基础.     

压电材料反平面应变状态的任意形状夹杂问题

应用复函数的Ｆａｂｅｒ级数展开方法，分析了含任意形状夹杂的压电材料反平面应变问题，给出了问题的复势函数解。利用这个解，具体讨论了椭圆形夹杂及其极限（几何方面与物理方面）问题。并给出了三角形、正方形夹杂的近似结果。其特例结果与早期工作一致     

超声驱动下激励参数对单泡空化振动的影响

根据考虑了液体可压缩性的改进的微气泡动力学方程,采用改进的初始半径对单泡超声空化现象进行了数值计算研究.结果表明,微气泡振动对一些参量很敏感:微气泡振动半径与初始半径的比值随振动频率的增大而减小;提高声场声压会加剧气泡崩塌程度,但过高的声压又不能使微气泡崩塌;微气泡崩塌速率随气泡初始半径的增加而增大,在一定范嘲内能保证空化泡稳定振动,在初始半径为1.6μm处空化程度最强,如果继续增大初始半径则空化程度减弱、甚至消失;微气泡崩塌程度随黏滞系数和表面张力的增大而减弱,过大的黏滞系数和表面张力会使微气泡崩塌难以发生.计算结果与他人的实验数据相比,发现液体的可压缩性使单泡空化强度增强,对最佳空化区域范围的确定有较大的影响.     

黑龙江电视塔设计中的温度效应研究

本文通过对高寒地区建筑结构的调查研究,提出了多功能钢结构电视塔中温度效应较为显著的几个方面的问题。同时结合筹建中的黑龙江电视塔,通过计算就温度效应对钢塔的影响作一定性分析,得出一系列结论和建议供参考。     

地震检波器的参数受温度影响的研究

研究温度对动圈式地震检波器的参数的影响．在对精密测量的地震检波器的参数进行数据分析的基础上，揭示了地震检波器输出电阻、自然频率、阻尼和灵敏度等4个参数的温度响应，分析讨论了有关参数对温度的变化规律．提出了控制这种变化的对策，初步实验结果证实了其可行性．最后，指出地震检波器参数的变化是可控的，同时认为如无原理上的重大改进，高精度的超级检波器最可能实现在10-20Hz频率范围中．     

沿岸流不稳定多模式运动的理论分析

目前对沿岸流不稳定研究比较成熟的理论基础是线性不稳定理论,该理论假定增长率最大的不稳定模式决定着沿岸流的波动特性,但实验分析结果表明对有些情况下该假定难以解释实验中观测到的情况.利用沿岸流不稳定运动的多模式理论分析了实验中观测到的情况.结果表明沿岸流速度剖面对于沿岸流不稳定运动模式影响很大,特别是速度剖面的变化会导致不稳定模式出现多个模式的情况,即增长率曲线出现多于两个峰的情况.用解析的速度剖面分析了速度剖面前剪切和后剪切同时变化及单独变化对于沿岸流不稳定多模式运动的影响.结果表明对于坡度为1:100的平直斜坡的情况用前剪切不稳定理论可以解释其观测到的现象.      

温度对菱形花纹的影响

研究了温度对蜂蜡和樟脑制成的尖锥模型上的菱形花纹的影响。烧蚀实验在超音速风洞中进行,得到了温度与花纹波长、压力与花纹波长的关系,并分析了温度和压力对出现花纹的起始位置、出现花纹和形成稳定花纹所需要的时间的影响。     

温度对铁电体极化反转过程影响的细观力学分析

采用热力学和细观力学结合的方法,建立了考虑热、力和电影响的细观力学模型,对铁电体极化反转过程中温度对滞回曲线和矫顽场强的影响进行了研究.研究结果表明温度对滞回曲线形状和矫顽场强有显著影响,在四方相范围内,随着温度的升高,铁电体的滞回曲线变窄、变低,矫顽场强不断减小.     

NONLINEAR SATURATION OF BAROCLINIC INSTABILITY IN THE GENERALIZED PHILLIPS MODEL (Ⅰ) -THE UPPER BOUND ON THE EVOLUTION OF DISTURBANCE TO THE NONLINEARLY UNSTABLE BASIC FLOW

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥｖｅｒｓｉｎｃｅＳｈｅｐｈｅｒｄｈａｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄａｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｔｏｓｔｕｄｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｓａｔｕｒａｔｉｏｎｏｆｂａｒｏｔｒｏｐｉｃａｎｄｂａｒｏｃｌｉｎｉｃｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ[1- 3],ｍａｎｙａｕｔｈｏｒｓｈａｖｅｍａｄｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ .Ｓｈｅｐｈｅｒｄ’ｓｍｅｔｈｏｄｉｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ:Ｆｉｒｓｔ,ｃｈｏｏｓｅａｃｌａｓｓｏｆｓｔａｂｌｅｂａｓｉｃｆｌｏｗｓ;ｔｈｅｎ ,ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｔｈｅｄｉｓｔ…     

电场作用下无黏聚焦射流的时间不稳定性研究

基于电场作用下的流动聚焦实验建立了简化的理论模型,开展了带电同轴液气射流的时间不稳定性分析.在无黏假设下,得到了扰动在时间域内发展演化的解析形式的色散关系,分析了主要控制参数对不稳定模态的影响.结果表明,只有轴对称扰动和第一类非轴对称扰动在时间域内是增长的;液气界面的表面张力对轴对称扰动有着双重影响而对非轴对称扰动起抑制作用;外层气体的流速以及密度的增加均能促进射流的失稳.这些结论与实验结果是定性一致的.结果也表明,在不考虑初始界面电荷密度时,单一的轴向电场能抑制射流的失稳.      

电阻应变测试技术中的温度补偿功能辨析

针对基于温度应变补偿的结构电阻应变测试技术,分析了结构温度应变的产生原理与结构温度应变的补偿原理,辨析了结构温度应变与补偿块温度应变二者的相互关联与差异.在此基础上,指出了基于温度应变补偿模式的结构电阻应变测试技术的错误在于:概念上混淆了结构的温度应变与补偿块的温度应变,导致了结构温度应变的错误补偿.同时,给出了正确实现工程结构应变测试的环境条件,以最大限度地保证了结构应变测试数据的客观性与可靠性.     

超弹性薄膜与可压缩基底双层结构表面失稳分析

当上层超弹性硬质薄膜和下层可膨胀基底构成的双层结构受压时,薄膜的自由表面可通过形成褶皱降低系统能量.研究表明,上下两层的模量比不同时,上层弹性硬质薄膜将表现出不同的表面失稳模式.本文提出了一种新颖的方法可有效抑制双层软材料的表面失稳,即改变基底材料的泊松比,这种方法同时适用于不具有应变硬化的软材料.首先基于Neo-Hookean模型发展了小变形条件下双层结构表面失稳的理论模型,通过半解析的方法得到了表面失稳的临界应变;然后通过有限元计算与模拟,进一步验证了负泊松比基底可延缓表面失稳.结果表明:(1)当双层结构基底泊松比为正且趋于0.5(不可压缩)时,双层结构在较小的压缩应变下出现表面失稳;(2)当基底的泊松比为负且趋于-1时,可被压缩至46%而不出现表面失稳,即可膨胀基底能有效抑制薄膜的表面失稳.本文发展的方法及主要结果可为延展性电子器件的设计提供指导.