弧形折纸模式薄壁结构的压缩变形与能量吸收

选用PolyMaxTM PLA为试样材料,利用3D打印技术制备了弧形折纸薄壁管件。基于准静态轴向压缩实验,运用ABAQUS软件对弧形折纸薄壁管件轴向准静态压缩和冲击行为进行了有限元计算,探讨了其变形模式和能量吸收特性,分析了预折角和薄壁单胞管件阵列数量对其压溃模式及能量吸收的影响。有限元计算结果与实验结果吻合较好。薄壁管件的变形过程可分为4个阶段:初始压溃阶段、预折角塑性旋转阶段、腹板塑性屈曲阶段和完全压溃密实化阶段。弧形折痕的引入能够有效地降低薄壁管件在压缩过程中的初始压溃载荷峰值,减小冲击载荷的振荡幅值。对比了高度相等、质量近似相等的方管与弧形折纸薄壁管在不同冲击速度下的压缩变形与能量吸收。在准静态压缩作用下,对于单胞模型,仅有折痕倾角为70°的模型的比吸能优于方管;对于多胞管件阵列模型,方管的比吸能均优于折纸管。折纸管的压缩力效率和比总体效率均优于方管,其中折痕倾角为50°的模型的压缩力效率和比总体效率最高。在动态冲击压缩下,阵列方管的比吸能均优于阵列折纸管。当冲击速度为10 m/s时,折纸管的压缩力效率和比总体效率均优于方管,其中折痕倾角为50°的模型的压缩力效率和比总体效率最高。当冲击速度为20 m/s时,仅有折痕倾角为50°的模型的压缩力效率和比总体效率优于方管。     

一种中低精度捷联惯测装置的不开箱标定方法研究

针对中低精度捷联惯测装置提出了一种实用的不开箱条件下的标定方法．该方法所需测试设备简单，用一套精度较高的惯测装置来标定低精度的惯测装置。文中给出了一套六位置测试方法，理论分析表明，该方法通过最小二乘法能有效的分离了陀螺和加速度计的各项误差。     

薄壁管预扭冲击拉伸实验装置的研制

材料在复合应力下的拉压或扭转行为常常与单轴拉压或者单轴扭转应力下不同,拉压以及扭转常体现出相互影响的特点。而复合应力下的塑性波可以有效地反映材料在复合应力下的本构行为特点。本文通过对霍普金森压杆进行改造,建立了一套薄壁管预扭冲击拉伸的实验装置,可以在薄壁管内产生拉扭耦合塑性波,并对率相关材料304不锈钢进行了薄壁管预扭拉伸实验研究,得到了该材料的拉扭耦合塑性波。结果表明,304不锈钢薄壁管的拉扭耦合塑性波具有明显的耦合快波和耦合慢波的双波结构,并且快波慢波之间没有恒值区间隔。同时也表明,该装置可以实现预期效果,并且可以有效避免薄壁管屈曲的产生。     

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以当前车架前纵梁薄壁吸能管为依据,制作了普通单、双帽薄壁管以及单、 双帽冲压筋薄壁管试件,并依次进行了轴向准静态压缩试验,来研究这些管件的轴向压缩吸 能特性. 试验发现：添加冲压筋之后,单、双帽薄壁结构的轴向吸能特性都得到了很大提高, 但冲压筋对帽型薄壁结构稳定性的提高不明显. 试验结果表明,在不增加材料的前提下,通 过改变吸能元件的截面结构可以提高其碰撞吸能特性.     

精密离心机动平衡测试新方法的研究

提出了一种新的动平衡测试方法,即在精密离心机机座下放置三个地脚,用一个测力传咸器代替其中一个地脚,分析了测力传感器的输出信号,静态测试测得静不平衡,对静不平衡在双校正面上进行了分离,后,动态测试测得偶不平衡,对偶不平衡在双校正面上也进行了分离,该测试方法大提高了动平衡的精度,同时,硬支承刚性转子情况下,动平衡测试的一般方法难以达到高精度动平衡的要求,而这一问题在本文得以解决。     

冲压筋薄壁管轴向压缩特性试验研究

以当前车架前纵梁薄壁吸能管为依据,制作了普通单、双帽薄壁管以及单、双帽冲压筋薄壁管试件,并依次进行了轴向准静态压缩试验,来研究这些管件的轴向压缩吸能特性.试验发现:添加冲压筋之后,单、双帽薄壁结构的轴向吸能特性都得到了很大提高,但冲压筋对帽型薄壁结构稳定性的提高不明显.试验结果表明,在不增加材料的前提下,通过改变吸能元件的截面结构可以提高其碰撞吸能特性.     

微米铜丝的低温力学性能测试

针对纤维材料变温环境力学性能测试的需要,在华中科技大学研制的纤维材料试验机的基础上引入了温控装置,从而实现纤维材料在高低温环境下的力学性能测试。采用该装置对不同直径微米铜丝在不同温度、不同拉伸速率条件下的力学性能开展实验研究,测试结果表明弹性模量和抗拉强度随温度的降低而线性增加,屈服强度的变化不太明显。另外,低温环境下微米铜丝的力学性能表现出与其直径相关的尺度效应,而这一现象在常温下一直没有观测到。最后,还研究了拉伸速率对微米铜丝的力学性能影响,结果表明,在现有装置的许用范围之内,拉伸速率对其力学性能的影响不大。     

微构件材料力学性能测试方法

随着MEMS的商业化进程,微构件材料力学性能的研究成为越来越重要的一个课题。微小试件的制备、安装、夹持、微驱动、高分辨率的载荷和位移测量等技术问题都是对微构件材料力学性能测试的很大挑战,很多传统的测试方法和装置已经不再适用了。近十几年,国内外学者发展了一些微构件材料力学性能的研究方法,来测量微构件的弹性模量、屈服强度、断裂强度、残余应力和疲劳强度等。本文从实验系统的集成度出发,将这些测试方法大致分为片外测试和片上测试两类。本文对单轴拉伸法、纳米压痕法、鼓膜法、微梁弯曲法和衬底曲率法等典型的片外测试方法和一些典型的片上测试方法进行了介绍,并比较了各自的优缺点。     

多功能SHPB装置及水泥石材料的动态性能研究

为了研究在一定温度和压力下的水泥石的动态力学性能，研制了多功能ＳＨＰＢ材料动态性能测试装置，该装置可分别进行材料的拉伸，压缩，扭转性能测试，拉，压试验可以在带围压和温度的三向应力状态下进行，文中还对水泥石改性材料的动态力学性能进行了实验研究。     

一种用于软材料测试的改进SHPB装置

本文提出了一种新的、用于测试橡胶、高弹体及高聚物软泡沫材料动态力学性能的SHPB改进装置。该装置取消了常见的入射杆而采用长杆弹直接撞击试件从而实现了持续的长时间加载，使得在相当大的应变率范围内试件的最大应变在一个加载过程中即可达到。配合该装置采用了瞬态响应优良、分辨率良好的光电式位移测试系统来测量试件的变形；为记录微弱的应变信号，在透射杆中使用了半导体应变片。本方案克服了传统SHPB在测试软材料时由于子弹长度限制带来的加载幅度不足及由于阻抗失配导致的应变信号微弱的困难；与采用高聚物杆的SHPB改进方案相比，本方案的测试结果也更为可靠。在试验装置中还运用了加载整形技术以改善试件中的应力均匀性。从测试结果看，该装置能有效地实现大变形范围、近似恒应变率持续加载以及相应的微弱应变信号的测量。     

径向惯性对薄壁圆管中弹塑性复合应力波传播的影响

弹塑性压扭复合应力波在薄壁管中的传播特性,已得到较为深入的研究,但为得到简单波解,大部分研究忽略了薄壁圆管中与径向惯性有关的周向应力σθ的影响。该文采用便于动态数值方法应用的增量型弹塑性本构关系,应用有限差分数值方法,计算了考虑径向惯性效应的弹塑性薄壁管中复合应力波的演化规律和传播特性,并与无径向惯性效应的计算结果作了对比,结果表明薄壁管中的径向惯性效应对弹塑性复合应力的传播有较大的影响。     

关于多轴疲劳寿命临界面法影响因素的分析与计算

本文以拉-扭非比例加载下的薄壁圆管试件为研究对象,以最大法向应变的最大剪应变平面为临界面,并对此临界面上的应变状态进行了分析。采用统一型疲劳寿命预测模型,以正火45钢为例,研究了非比例加载时相位差对疲劳寿命的影响,进而对不同正应变幅和应变幅值比加载下的危险相位差的变化规律进行了计算分析。结果发现:应变幅值比对疲劳寿命最短时的危险相位差的影响呈先上升后下降的趋势;并给出了不同应变幅值比时危险相位差的计算通式,式中的系数可通过材料力学性能与单轴疲劳参数计算得到。最后给出了15种材料的系数供实际应用时参考。     

基于共轭梯度法带隔板连续薄壁直箱位移参数的动态Bayes估计

推导了简支薄壁直箱有限条元控制方程,并结合柔度理论解决了带隔板连续薄壁直箱的超静定问题.基于Bayes定理,建立了带隔板连续薄壁直箱位移参数的动态Bayes误差函数,推导了相应的位移参数计算公式,并应用共轭梯度法研究了带隔板连续薄壁直箱位移参数的动态Bayes估计方法,同时给出了连续薄壁直箱位移参数的具体估计步骤,编制了相应的计算程序.通过典型算例分析可知,联合有限条元法和共轭梯度法进行带隔板连续薄壁直箱位移参数的动态Bayes估计是可行的,只需利用若干测点位移印能同时进行多参数估计,且先验信息合理时,迭代过程稳定地收敛于位移参数实际值.     

轴对称薄壁结构自由振动的边界元分析

采用双互易法分析薄壁轴对称结构自由振动的特征频率以及特征模态.首先,采用径向基函数插值域积分里的位移,利用双互易法将域积分转化为子午面边界的积分.然后,将边界物理量、基本解和特解展开为傅里叶级数,沿环向积分后得到的边界积分方程可用于轴对称结构带体积力问题和受非对称载荷的动力学分析,其积分域为轴对称结构子午面边界上的线积分,进一步降低了问题的维度和离散的难度.文章详细探讨了源点处于对称轴的特殊情况,根据基本解和特解的退化形式,针对无体积力和有体积力分别给出了处理奇异矩阵的方案.对于薄壁结构,采用双曲正弦变换处理近奇异积分有效提高积分精度.最后将双互易法和双曲正弦变化应用于薄壁轴对称结构带体积力的静力学和自由振动分析.数值结果表明,文章提出的处理奇异矩阵的方法能够有效处理源点处于对称轴的情况;当圆筒厚高比为$10^{-3}$,边界元计算的特征频率的相对误差为$10^{-3}$,且优于有限元的结果.      

Analytical solutions for elastic binary nanotubes of arbitrary chirality

Analytical solutions for the elastic properties of a variety of binary nanotubes with arbitrary chirality are obtained through the study of systematic molecular mechanics. This molecular mechanics model is first extended to chiral binary nanotubes by introducing an additional outof-plane inversion term into the so-called stick-spiral model,which results from the polar bonds and the buckling of binary graphitic crystals. The closed-form expressions for the longitudinal and circumferential Young's modulus and Poisson's ratio of chiral binary nanotubes are derived as functions of the tube diameter. The obtained inversion force constants are negative for all types of binary nanotubes, and the predicted tube stiffness is lower than that by the former stick-spiral model without consideration of the inversion term, reflecting the softening effect of the buckling on the elastic properties of binary nanotubes. The obtained properties are shown to be comparable to available density functional theory calculated results and to be chirality and size sensitive. The developed model and explicit solutions provide a systematic understanding of the mechanical performance of binary nanotubes consisting of Ⅲ–Ⅴ and Ⅱ–Ⅵ group elements.     

Solid Cylinder Torsion for Large Shear Deformation and Failure of Engineering Materials

Experimental Mechanics - Using a thin-walled tube torsion test to characterize a material’s shear response is a well-known technique; however, the thin walled specimen tends to buckle before...     

Weakly non-linear waves in a tapered elastic tube filled with an inviscid fluid

In the present work, treating the artery as a tapered, thin walled, long and circularly conical prestressed elastic tube and using the longwave approximation, we have studied the propagation of weakly non-linear waves in such a fluid-filled elastic tube by employing the reductive perturbation method. By considering the blood as an incompressible inviscid fluid, the evolution equation is obtained as the Korteweg-de Vries equation with a variable coefficient. It is shown that this type of equation admits a solitary wave-type solution with variable wave speed. It is observed that, the wave speed decreases with distance for positive tapering while it increases for negative tapering. It is further observed that, the progressive wave profile for expanding tubes (a>0) becomes more steepened whereas for narrowing tubes (a<0) it becomes more flattened.     

准静态一维应变实验装置的设计与验证研究

准一维应变状态测试技术对混凝土等脆性材料的力学性能研究具有重要意义,而目前准一维应变实验装置设计单一、互换性较差,所以无法实现普及。针对上述情况,本文在套管围压装置的基础上进行叠加式设计与组合式分离设计,旨在建立一套结构简单、适用性广的准静态被动围压装置。基于数值模拟方法,本文对混凝土试样在一维应变状态与套管围压作用下的力学特性进行研究,从而分析混凝土试样在套管装置下能达到一维应变状态的程度;同时,对叠加式套管与整体式套管的性能进行比较,发现叠加式套管理论上能在准一维应变实验中很好地代替整体式套管。组合式分离设计的有效性最终通过相关实验得到验证。     

Weakly non-linear waves in a fluid-filled elastic tube with variable prestretch

In the present work, by utilizing the non-linear equations of motion of an incompressible, isotropic thin elastic tube subjected to a variable prestretch both in the axial and the radial directions and the approximate equations of motion of an incompressible inviscid fluid, which is assumed to be a model for blood, we studied the propagation of weakly non-linear waves in such a medium, in the long wave approximation. Employing the reductive perturbation method we obtained the variable coefficient KdV equation as the evolution equation. By seeking a travelling wave solution to this evolution equation, we observed that the wave speed is variable in the axial coordinate and it decreases for increasing circumferential stretch (or radius). Such a result seems to be plausible from physical considerations.     

厚壁管道周向超声导波缺陷检测研究

厚壁管道在特种承压设备领域中广泛使用,常规无损检测技术难以实现其快速有效地检测。本文采用数值模拟与实验相结合来研究周向导波快速检测厚壁管道的方法。首先,利用有限差分软件研究了不同角度激励下外径269mm、壁厚32mm的厚壁管道中周向导波的传播特性,优化了探头激励角度范围;然后分别制作了55°和45°的斜楔,并搭建了实验系统,研究了周向导波与厚壁管道壁厚方向不同位置缺陷的相互作用规律。研究结果表明,周向导波适用于厚壁管道快速检测。检测时需选择角度适中的探头。激发角度过小时,厚壁管中形成的周向导波模式较多,使得波包宽度较大,影响检测分辨率;而角度过大时,会使得盲区增大,导致靠近内壁区域缺陷漏检。本文的研究结论为厚壁管道缺陷周向导波的实际检测应用提供了指导。