LY12铝小尺寸试样的SHPB实验探讨

材料在高应变率下的力学行为是工程中关心的问题.在SHPB实验中通过减小试样尺寸可以提高应变率,但这有可能引入二维效应从而影响实验精度.本文结合数值模拟和系列尺寸LY12铝合金试样的SHPB试验对小尺寸(相对于压杆直径,下同)试样SHPB实验的准确性进行了分析和探讨.结果表明在试样长径比%l/d%≥0.5且端面摩擦效应很小时,小尺寸试样SHPB实验是可行的,并采用小尺寸试样获得了LY12铝104s-1高应变率的实验数据.此外,本文还对小尺寸试样试验中可能存在的偏心压缩问题进行了研究,研究结果偏心压缩带来的弯曲效应通过对称位置上的信号平均可以很好地消除.     

尖头碎片撞击小尺寸储罐的模拟实验

化工园区内,容器爆炸事故易引发多米诺效应,产生的碎片击中临近目标设备或装置可能造成事故后果升级。通过开展尖头碎片撞击小尺寸储罐模拟实验,得到了不同轴向撞击角的尖头碎片撞击不同壁厚小尺寸储罐的穿透形貌、穿透能量以及穿孔直径。结果表明：（1）尖头碎片以0°轴向撞击角穿透罐壁形成的穿孔正面近似圆形,以15°、30°及45°轴向撞击角撞击形成的穿孔正面近似椭圆形且有2个条形翻边,穿孔背面均呈现花瓣型开裂;（2）轴向撞击角越大,壁厚越大,所需的穿透能量越大;（3）轴向撞击角与壁厚对穿孔轴向直径影响显著,但穿孔环向直径变化幅度不大。最后,根据穿甲力学理论和动量守恒定理,推导出适用于0°~45°轴向撞击角的尖头碎片剩余速度理论计算公式。

     

基于正则结构的各向异性损伤演化律

在Rice的正则结构框架下，推导出基于共轭力的各向异性损伤演化律。其中损伤变量采用二阶裂隙张量，它是固体内微裂纹的一个宏观测度。推导过程不涉及自由能的具体形式，主要结果包括损伤势函数及演化方程的解析表达式。在唯象的损伤力学模型里，损伤演化方程经常以唯象方程的形式出现。研究了唯象方程成立的条件及损伤特征张量的解析表达式。引入了广义裂隙张量及脆性指数的概念，并介绍了它们的作用和意义。     

磁场作用下磁流变液结构演化的实验研究

本文显微观察了工程应用中使用的高体积比磁流变液在磁场作用下的结构演化过程,实验结果指出：工程应用中高体积比浓度的磁流变液在磁场作用下将形成一种复杂的三维结构斧磁颗粒与母液油将一起形成空间结构,在形成的类固体物质内部将含有大量的裂纹等缺陷,在磁场的作用下内部的缺陷将扩展,这对磁流变液机理研究和建模提供了重要的实验依据。     

小尺寸低碳钢试件吕德斯效应的三维数字图像相关测量

吕德斯效应是多种金属和合金材料由于屈服阶段的不均匀变形而在材料表面产生条带状褶皱的现象,它会使冲压件表面质量降低.为了防止它的出现,对吕德斯效应进行研究变得非常重要.采用小视场(15 mm×15 mm)下三维数字图像相关方法对小尺寸低碳钢试件在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量,实际观测了小尺寸试件的吕德斯效应,结合理论模型解释了其形成机理,并分析了吕德斯带传播过程中应变及应变率的变化规律.实验研究表明,运用三维数字图像相关方法测量试件表面变形场,实现了对小尺寸低碳钢试件的吕德斯带演化过程以及颈缩、断裂等细观力学行为的观测,该方法是研究材料变形细观机理的一种有效测量手段.     

基于细观拓扑结构演化的颗粒材料剪胀性分析

剪胀性是包括岩土材料在内的摩擦性颗粒材料的重要特征之一,其形成机制与颗粒体系内部拓扑结构的演化有关.基于颗粒体系细观数据,可对颗粒体系内部的拓扑结构特征及演化进行分析,进而建立拓扑演化与宏观剪胀变形之间的联系.采用离散单元法,根据密实、中密和松散摩擦性颗粒材料双轴试验的宏微观数据,从拓扑参量演化及接触网络拓扑变化所引起...     

桁架结构形状与尺寸组合优化

提出了一种渐进优化方法 ,通过分离设计变量 ,分别采用渐进节点移动法和满应力法优化桁架结构的形状和尺寸。通过循环迭代 ,耦合形状和尺寸变量间的相互作用关系 ,以期得到结构的最小重量。结构受到应力、局部稳定和节点位移等多种约束。最优解由初始结构设计渐进得到。该方法的有效性通过二个算例得到证实     

小尺寸破片对单兵防护装备的侵彻研究

为了探究了小尺寸破片是否能有效穿透普通单兵防弹衣与防弹头盔,以球型破片为对象,利用试验得出了0.2g钨合金球型破片侵彻Ⅲ级防弹衣与Ⅳ级防弹头盔的极限穿透速度;通过数值模拟的方法得出了防弹衣与防弹头盔的等效Q235靶板厚度,并探究了质量变化对破片极限穿透速度的影响规律。上述研究结论对新型高效反步兵武器与单兵基本防护装备的研制与开发都有重要的参考价值。     

半结晶聚合物非等温结晶结构演化模拟

在半结晶聚合物加工中,材料的结晶决定了结构形态的形成,而形态对最终制品的性能起着重要的作用,因而对聚合物结晶形态演化进行模拟具有重要意义。本文基于非等温结晶的微分控制方程组,采用龙格-库塔法,在matlab上实现了聚合物非等温结晶过程的模拟。模拟不同结晶条件下整体结晶动力学、晶核生成和晶体长大过程,并在此基础上计算晶体尺寸演化及分布。将等温和非等温结晶模拟结果与解析解和实验结果对比,结果吻合很好,验证了模拟程序。数值分析了结晶温度和冷却速率对晶体尺寸分布的影响,获得等温和非等温结晶中晶体尺寸分布规律。     

随机激励下的结构尺寸优化设计

将结构优化设计中的位移约束拓展为位移可靠度约束。基于首超破坏准则,采用概率密度演化方法分析了结构在随机激励下的位移可靠度。将遗传算法与概率密度演化方法相结合,对一个具有位移可靠度约束的十杆桁架进行了尺寸优化设计,实现了概率密度演化方法在结构优化设计中的成功运用。这一研究对于随机激励下的结构优化设计提供了新的途径,也为概率密度演化方法在结构优化设计中的运用进行了新的尝试。     

基于小子样试验的两种线性系统可靠度预测方法

本文提出了在小子样试验的前提下，结构系统关键失效模式可靠度预测的两各 一是基于抽样分布分析的转换法，在这种方法中，严格推导了元件强度和外和正态分布时，可靠度计算从正态分布概率积分到ｔ分布概率积分的转换。它适用于试验样本数不小于２的情况；其二是基于模糊学原理的加权平均法。此方法要求根据专家经验和现场数据，给出强度和载荷分布参数的隶属函数，然后用加权平均法给出结构系统关切关键失效模式的可靠度，这种方法     

能量有限元预示复合材料结构动响应研究进展

复合材料结构高频动响应预示是飞行器等结构设计中的重要研究内容之一.为了探讨精确预示复合材料结构高频动响应方法,分析比较了目前较为通用的3种动力学响应预示方法,指出能量有限元法最适合求解具有各向异性特征的复合材料结构高频动响应问题.紧接着概述了国内外关于能量有限元方法和该方法在复合材料结构高频动响应预示方面的研究进展.在此基础上分析了能量有限元法在预示复合材料结构高频动响应问题中尚待深入研究的问题.     

功能梯度材料微梁的热弹性阻尼研究

基于Euler-Bernoulli梁理论和单向耦合的热传导理论,研究了功能梯度材料(functionally graded material,FGM)微梁的热弹性阻尼(thermoelastic damping,TED).假设矩形截面微梁的材料性质沿厚度方向按幂函数连续变化,忽略了温度梯度在轴向的变化,建立了单向耦合的变系数一维热传导方程.热力耦合的横向自由振动微分方程由经典梁理论获得.采用分层均匀化方法将变系数的热传导方程简化为一系列在各分层内定义的常系数微分方程,利用上下表面的绝热边界条件和界面处的连续性条件获得了微梁温度场的分层解析解.将温度场代入微梁的运动方程,获得了包含热弹性阻尼的复频率,进而求得了代表热弹性阻尼的逆品质因子.在给定金属-陶瓷功能梯度材料后,通过数值计算结果定量分析了材料梯度指数、频率阶数、几何尺寸以及边界条件对TED的影响.结果表明:(1)若梁长固定不变,梁厚度小于某个数值时,改变陶瓷材料体积分数可以使得TED取得最小值;(2)固有频率阶数对TED的最大值没有影响,但是频率阶数越高对应的临界厚度越小;(3)不同的边界条件对应的TED的最大值相同,但是随着支座约束刚度增大对应的临界厚度减小;(4)TED的最大值和对应的临界厚度随着金属组分的增大而增大.     

水垫塘三元流态及消能特征的数值和实验研究

采用数值模拟和实验测试相结合的方法对水利工程中高拱坝泄洪水垫塘三元流场进行研究．获得了详细的流态特征，得到了水垫塘三元典型流态概化图．研究了水垫塘消能特性，并据此将塘内水体划分为剪切消能区、撞击消能区和混掺消能区．计算和实验所得的速度场及底板最大冲击动压相比较，二者基本一致．     

Thermodynamic driving force in ferroelectric crystals with a rank-2 laminated domain pattern, and a study of enhanced electrostriction

The thermodynamic driving force for domain growth in a rank-2 laminated ferroelectric crystal is derived in this article, and we used it, together with a homogenization theory, to study the issue of enhanced electrostrictive actuation recently reported by Burcsu et al. [2004. Large electrostrictive actuation of barium titanate single crystals. J. Mech. Phys. Solids 52, 823-846]. We derived this force from the reduction of Gibbs free energy with respect to the increase of domain concentration. It is shown that both the free energy and the thermodynamic force consist of three parts: the first arises from the difference in M₀ and M₁, the linear electromechanical compliances of the parent and product domains, respectively, at a given level of applied stress and electric field, the second stems from the electromechanical work associated with the change of spontaneous strain and spontaneous polarization during domain switch, and the third from the internal energy due to the distribution of polarizations strain and electric polarization inside the crystal. We prove that the first term is substantially lower than the second one, and the third one is identically zero with compatible domain pattern. The second one is, however, not exactly equal to the commonly written sum of the products of stress with strain, and electric field with polarization during switch, unless both domains have identical moduli in the common global axes. We also show that, with compatible domain patterns and when M₁=M₀, this driving force is identical to Eshelby's driving force acting on a flat interface due to the jump of energy-momentum tensor. Applications of the theory to a BaTiO₃ crystal subjected to a fixed axial compression and decreasing electric field from the [0 0 1] state reveal that the crystal undergoes a three-stage switching process: (i) the 0→90° switch to form a rank-1 laminate, (ii) the 0→180° switch inside the 0° domain to form a laminate I with a concurrent 90°→−90° switch inside the 90° domain to form laminate II, creating a rank-2-laminated domain pattern, and (iii) finally the 90→180° switch. It is the exchange of stability between the 0, 90°, and 180° domains under compression and electric field that is the origin of the enhanced actuation. We illustrate these intrinsic features by showing the evolution of these domains, and demonstrate how the reported large actuation strain can be attained with a rank-2 laminate.     

MEASUREMENT OF LÜDERS BAND IN SMALL SIZE LOW CARBON STEEL SPECIMEN BY 3D DIGITAL IMAGE CORRELATION METHOD

吕德斯效应是多种金属和合金材料由于屈服阶段的不均匀变形而在材料表面产生条带状褶皱的现象,它会使冲压件表面质量降低. 为了防止它的出现,对吕德斯效应进行研究变得非常重要. 采用小视场(15mm×15 mm)下三维数字图像相关方法对小尺寸低碳钢试件在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量,实际观测了小尺寸试件的吕德斯效应,结合理论模型解释了其形成机理,并分析了吕德斯带传播过程中应变及应变率的变化规律.实验研究表明,运用三维数字图像相关方法测量试件表面变形场,实现了对小尺寸低碳钢试件的吕德斯带演化过程以及颈缩、断裂等细观力学行为的观测,该方法是研究材料变形细观机理的一种有效测量手段.