松质骨拉伸细观分析的实验研究

设计了扫描电镜内专用的加载装置,研究了松质骨受拉时胞体结构的细观力学行为,获得了不同加载条件下的松质骨SEM照片和断口SEM照片,为分析松质骨变形机理和破坏机理提供实验基础,也为同类研究提供有益参考。     

重力环境下液体大幅晃动运动脉动球模型及实验研究

现代航天器通常携带大量的液体推进剂, 在航天器的姿态发生变化的过程中, 由于惯性力和重力的作用, 可能会导致液体燃料发生剧烈晃动, 由此产生附加的晃动力会对航天器造成重要影响. 为了得到液体晃动的规律并满足星载计算机实时计算的要求, 本文研究并验证了一种用于等效液体大幅晃动的动力学模型. 首先将液体大幅晃动运动脉动球模型MPBM推广到重力环境中, 通过脉动球的牛顿?欧拉动力学方程和“呼吸运动”过程中能量关系式, 推导出晃动力法向分量的表达式. 同时, 引入不参与晃动的液体的等效模型, 使得液体质心位置的计算更加准确. 通过和文献中实验数据以及CFD软件的计算结果进行比较, 分别验证了推广的MPBM模型在大幅晃动、零动量机动工况下的有效性, 并基于该等效模型, 研究了脉冲激励的不同时序对航天器中液体晃动响应的影响. 最后, 设计并搭建了用于精确测量液体晃动力的实验平台, 验证了MPBM模型在等效非球形储箱的液体晃动时也同样可以很好地反应出晃动力的变化趋势. 本文的研究工作对进一步研究重力环境中充液航天器刚–液耦合动力学行为具有重要的参考价值.      

冲击作用下凝聚态含能材料热点形成热－机械分析

应用动力有限元方法分析含能材料中热点形成机理。在假定凝聚态含能材料为可压缩的情况下，研究圆形和椭圆形微孔洞附近介质在冲击作用下热－机械响应过程，结果显示冲击波强度、空隙率、微孔洞尺寸和形状、熔点对热点温升有强烈影响，并讨论粘塑性功和固相压缩成为主要机制的条件。     

充满液体的封闭圆柱壳受轴压时屈曲过程的实验研究

报导了对充满水的金属圆柱薄壳在轴向压缩时屈曲性能的实验结果。实验观察表明，充满液体的金属圆柱壳在轴压作用下的屈曲模态呈轴对称型，液体的内压与外部轴压随轴向缩短的变化趋势大致相同。由于壳内液体的存在，同内空的圆柱壳相比只是临界载荷略有提高，屈曲后承载能力并无显著降低，且对初始几何缺陷表现得远不象内空柱壳那样敏感。     

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高, 液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加. 液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性, 是航天器动力学中一个备受关注的问题. 充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统, 理论上是无穷维的, 而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的, 因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰. 另外, 液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响, 在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应. 本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际, 从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状, 并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况; 然后, 以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件; 最后, 根据航天器工程的发展需求, 对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.      

冲击作用下凝聚态含能材料热点形成热－机械分析

应用动力有限元方法分析含能材料中热点形成机理。在假定凝聚态含能材料为可压缩的情况下,研究圆形和椭圆形微孔洞附近介质在冲击作用下热－机械响应过程,结果显示冲击波强度、空隙率、微孔洞尺寸和形状、熔点对热点温升有强烈影响,并讨论粘塑性功和固相压缩成为主要机制的条件。     

高速液—固碰撞时固体弹性和液体可压缩性对撞击压力的影响

本文联立求解可压缩平面液体撞击弹性固体表面时液体激波面及液固相界面上的物理过程控制方程组,导出了激波速度、撞击压力和固体表面变形速度的计算公式.导出的公式中包括了表征液体可压缩性的撞击马赫数M_0和表征固体弹性的液固声阻抗比Γ.通过计算液体撞击PMMA,钙钠玻璃、ZnSe和1Cr13时的撞击压力,本文具体分析了M_0和Γ对撞击压力产生的综合影响。     

考虑液面波动和液体压缩时一侧受液作用悬臂梁的横振分析

本文分析一侧部分受有液体作用悬臂梁的横向自由振动，同时考虑了液面波动和液体可压缩性对悬臂梁自振特性的影响。利用一组广义三角级数的正交完备性，求得了悬臂梁与液体耦联振动的振型函数和频率方程的精确解析解，最后给出了几个数值算例。     

Kevlar纤维增强复合材料动态压缩力学性能实验研究

通过实验较系统地研究了Kevlar纤维增强复合材料的动态压缩力学性能,实验结果表明,在冲击压缩载荷作用下Kevlar纤维增强复合材料有明显的损伤软化现象和应变率效应,针对Kevlar纤维增强复合材料动态应力应变实验曲线,提出了含损伤的率相关动态本构方程,由于所引入的损伤最反映了Kevlar纤维增强复合材料内部基体开裂、脱层、纤维断裂等多种破坏模式的总体效果,因此所提出的本构方程形式相对说来比较简便并易于嵌入目前有关冲击力学的有限元或有限差分程序,有一定的工程应用价值。     

考虑液面波动和液体压缩时一侧受液作用县壁梁的横振分析

本文分析一侧部分受有液体作用悬臂梁的横向自由振动，同时考虑了液面波动和液体可压缩性对悬臂梁自振待性的影响。利用一组广义三角级数的正交完备性，求得了悬臂梁与液体耦联振动的振型函数和频率方程的精确析解，最后给出了几个数值算例。     

Finite Element Simulation of the Fatigue Behaviour of Cancellous Bone*

Meccanica - Fatigue failure of bone has been implicated in a number of clinical failure scenarios. At the material level, the fatigue behaviour of cancellous bone is poorly understood. At the...     

松质骨弹性模量计算的均匀化方法

对松质骨建立了六种单胞微观结构模型，采用均匀化方法和有限元方法计算松质骨的宏观等效弹性模量。给出了六种单胞模型的松质骨弹性模量与材料密度(体分比）的关系，与实验数据进行了对比，分析了不同微观结构模型在不同骨骼中的应用。结果表明，本文方法及六种单胞模型可以对松质骨微观结构和材料性能进行有效的模拟计算。同时本文又着重对松质骨的宏观等效弹性模量与体分比的指数关系进行了探讨。     

轴向可压缩压杆的压缩失稳实验研究

用受压变形明显的聚胺脂胶棒进行了两端铰支的压缩失稳试验。为减少铰支处的摩擦力,在胶棒的两端铰支处安装了直线轴承。试验中观察到了Euler压杆理论所不包括的一些失稳现象,如：仍然在线弹性变形范围内的压杆,没有像Euler压杆理论预测的那样发生屈曲;在较高的临界载荷作用下,柔度较小的压杆发生了亚临界屈曲,所产生的弯矩是突然失稳弯曲的杆件不能承受的,于是杆件突然卸载。另外,大柔度压杆的超临界屈曲,即类似Euler压杆的屈曲现象也被观察到了。这些实验结果与轴向可压缩压杆失稳理论所预测的相符。     

植物细胞对外加压缩载荷的响应分析

根据植物细胞的结构特点,以二维问题为研究对象,建立了单细胞力学模型。用有限元方法和MATLAB计算软件研究了单细胞压缩时细胞外力与应力、应变及内压间的关系,给出了关系曲线图。数值计算表明在压缩情况下,外力与应力、应变及内压的关系是非线性的。细胞的内压随细胞的应力或应变的增加而增加,在外力施加的开始时刻增加的速度比较慢,但外力增加到一定值以后细胞内压增加的速度急剧增加等 5个结论。     

含冲击损伤高强中模碳纤维复合材料层压板压缩剩余强度分析与试验验证

论文以碳纤维复合材料层压板为研究对象,发展了一种模拟复合材料层压板冲击及冲击后压缩的一体化数值分析方法．基于Puck 失效准则和粘聚区模型描述层内损伤与层间损伤,分别采用基于断裂能的双线性型、函数型以及直接折减型等不同损伤折减方法构建了层内损伤预测与演化模型;建立了碳纤维复合材料冲击后压缩数值仿真模型,通过开展不同能量冲击后压缩试验,验证了所发展的数值分析方法的有效性;研究结果表明,采用Puck 失效准则和基于断裂能的双线性损伤演化模型预测冲击后压缩强度时具有较高精度．     

液体环轴对称抛撒首次破碎的实验研究和稳定性分析

首次破碎是液体抛撒、破碎过程中一个非常重要的阶段．本文提出了一种新的实验设备,并通过在这套实验设备上的一系列实验,得到了在不同激波马赫数、不同的液体种类和不同的抛撒容量下液体首次破碎过程的照片．实验结果表明,在确定的抛撒条件下,液体环的失稳,即不稳定的发生、发展并最终导致液体环破碎的过程,是由于液体环运动的加速度改变方向而引起的     

湿骨内动态力—电电位的因素分析

本文通过实验测出了在动态压力作用下缓冲液自板形骨试件的不同表面流入时的动态力－电电位波形。修正了以前的结论，分析了瞬态和稳态时力－电电位产生的原因，证明无论瞬态还是稳态时的力－电电位主要产生于流动电位而并非压电效应。     

短柱型复合材料加筋壁板轴向压缩破坏分析方法研究

复合材料加筋结构可作为航空结构中的承力部件,其损伤与破坏对航空器的结构安全和服役性能至关重要。本文通过试验和数值仿真手段研究了短柱型复合材料结构压缩失效机理和极限承载力。通过短柱型单加筋板的轴向压缩破坏试验,分析梳理出界面脱粘和材料压溃两种典型失效形式;分别建立加筋板壳单元模型和实体单元模型,引入内聚力模型和Hashin准则描述界面脱粘效应与材料破坏,结果表明壳单元模型配合内聚力模型和Hashin准则可以有效地预测加筋板的极限承载力。分别讨论了加筋板长度、筋条高度、筋条/蒙皮刚度比等参数对加筋板的屈曲承载力的影响,为短柱型复合材料加筋壁板压缩损伤与破坏预测分析提供有益的参考。     

超磁致伸缩材料的擦除特性和同余特性实验研究

超磁致伸缩材料在力磁耦合作用下具有复杂的迟滞响应。Preisach模型可有效描述物理过程中的滞后现象,它具有两个重要特性,即擦除特性和同余特性。擦除特性是指输入局部极大值擦除了加载过程中小于该值的所有极大值,或输入局部极小值擦除了加载过程中大于该值的所有极小值,同时,与这些历史极值相应的加载历史也被擦除,不再影响之后的输出。同余特性是指输入极大值与极小值相同的所有闭合曲线一致。本文通过实验系统地研究了超磁致伸缩材料在多轴力磁耦合场作用下的磁致伸缩曲线、磁滞回线和应力应变的迟滞行为,发现其在力磁耦合下的非线性滞后行为具有擦除特性和同余特性。这满足了Preisach模型描述滞后现象的两个基本要求,验证了利用Preisach模型描述超磁致伸缩材料迟滞行为的可行性,为超磁致伸缩材料的非线性理论和器件设计提供了依据。