含缺陷粘弹性材料的序参量本构方程

根据缺陷演化期形成的局域温度场的实验成果，用该内部温度场定义缺陷场。然后对统计相关细观缺陷的演化过程结合这些缺陷的生成速率和概率进行分析，认为含缺陷粘弹性材料的动态破坏过程可以用热波传播的程序按通常方法定量描述。     

扩展裂纹尖端的塑性热耗散与温度场

材料的不可逆变形功以热的形式耗散，形成温度场，本文考虑Ⅰ型裂纹尖端过程区塑性变形功的热耗散，视裂尖塑性过程区为内热源，通过合理地构造一个热源密度函数，结合裂尖塑性区的近似模型，给出了裂纹定常扩展过程中的裂尖温度场。     

应力波与缺陷相互作用的宏观微观数值模拟

分别利用LS-DYNA3D有限元程序以及分子动力学方法,从宏观与微观两个层次模拟在动态拉伸载荷作用下含有预置缺陷的薄板中的塑性区形成与演化过程,以及随之而来的动态失效行为。计算结果表明,动态加载下塑性区的形成是应力波与缺陷相互作用以及应力波与应力波相互作用的结果。宏观尺度的LS-DYNA模拟与微观尺度的分子动力学模拟展现出相似的物理特征,即动态载荷下裂纹将萌生在缺陷边缘的前端,然后与缺陷边界连接,最终导致整体破坏。     

温度梯度与缺陷共同作用下的双壁碳纳米管持续驱动器件

纳尺度驱动因其在能量转换、物质输送等众多领域的潜在应用得到广泛关注，但实现长程持续驱动依然在原理上面临重大挑战．本文借助双壁碳纳米管的层间范德华相互作用，以热梯度力为基本动力，利用外管缺陷对层间热梯度力的调控作用，提出了一种新型的纳尺度可控持续驱动原理．其基本机理是：外管在周期性缺陷和温度场共同作用下形成周期性的非对称温度梯度，在内管上产生周期性的非对称热梯度力，使得每个周期（驱动单元）上都存在净驱动力，从而推动内管实现长程持续运动．同时，内管的运动方向或速度可通过外管上的控温区域或温差控制．     

X80管道双腐蚀缺陷间相互作用规律研究

为了对腐蚀管道进行准确的安全评价,本文针对X80管道相邻双腐蚀缺陷间的相互作用规律进行了研究。借鉴现有X80管道爆破实验的数据,对数值计算中的单元划分、边界条件设置等进行验证。采用ANSYSWORKBENCH软件对X80管道在腐蚀缺陷下的应力应变状态进行了分析。数值分析结果显示:轴向间距一定时,腐蚀深度越大,轴向相邻双腐蚀间相互作用越明显;当两个相邻腐蚀缺陷轴向距离在3(Dt)1/2以内或环向处于0.07pD以内时,需要考虑两个腐蚀缺陷的相互影响;当两个相邻腐蚀缺陷轴向距离大于3(Dt)1/2或环向间距大于0.07pD时,不需要考虑腐蚀间的相互作用。     

球面聚心气相爆轰波传播过程的数值研究

应用频散可控耗散格式对球面聚心气相爆轰波的传播过程进行了数值模拟 研究. 通过跟踪波阵面上压力和温度变化，分析这些参数在爆轰波传播过程中的演变规律， 及其与几何尺度和初始条件之间的依赖关系. 研究结果表明，仅在远场波面压力的变化近似 只依赖于r/R，对称中心附近则需要考虑初始半径$R$的影响；波面压力与初始压力的变化呈 线性关系；汇聚过程中温度升高比压力慢得多.     

大型饼类锻件镦粗夹层裂纹缺陷形成机理研究

针对大型饼类锻件镦粗过程出现的夹层裂纹缺陷问题,本文采用有限元技术,建立锻件镦粗过程的热力耦合理论分析模型,计算了镦粗过程中等效应变、等效应变速率及其对应梯度的演变规律。通过对各场变量演变分布的分析,提出了基于变形程度与变形速度梯度组合式的夹层缺陷判断模型,并获得了锻件心部夹层裂纹的形貌和分布。通过对比计算结果与实验测试数据,二者吻合良好。     

缺陷岩体中弹性波传播的多次散射效应分析

弹性波在岩体中传播时与岩体缺陷相互作用形成复杂的传播图案。为研究缺陷对弹性波多次散射作用的影响,建立了双椭圆缺陷模型,基于Green函数基本解,采用边界积分的计算方法,得到了反映缺陷界面条件的刚度矩阵,分析了弹性波在双椭圆缺陷间的多次散射效应。结果表明：与单椭圆缺陷模型相比,双缺陷的相互作用使得弹性波频散和衰减效应增强,定量给出了缺陷的影响区域,从而明确了多次散射效应的尺度界限。进一步探讨了弹性波传播的多尺度效应,结果表明频散的Rayleigh峰、Mie峰和衰减的峰值频率同椭圆长轴和入射波波长两个尺度密切相关,存在明确的定量关系。相应的数值模拟结果表明,弹性波和缺陷相互作用在缺陷界面上诱发界面波,该界面波也存在频率相关性,影响了弹性波宏观传播的频散和衰减特征。     

缺陷对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟硅探针在空位缺陷和Stone-Wales(SW)缺陷石墨烯上的滑移过程,研究空位缺陷和SW缺陷对石墨烯摩擦力的影响.研究结果表明:两种缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯,空位缺陷使石墨烯界面势垒增大导致能量耗散增加,摩擦力增大;SW缺陷使石墨烯表面形成凸起,阻碍探针滑移,摩擦力增大.空位缺陷石墨烯平均摩擦力随缺陷浓度的增加而增加,Y向空位缺陷石墨烯平均摩擦力大于X向,这都是由空位陷处能量势垒和缺陷与探针切向作用距离共同决定的.SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于SW1型,X向SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于Y向SW2型,因为存在相邻五边形碳原子环结构的石墨烯表面更容易产生凸起,摩擦力较大.以上研究结果完善了缺陷石墨烯的摩擦机制,对设计和开发石墨烯微纳器件提够了理论依据和指导.     

超声速平面混合层小激波的形成与演变

为了揭示超声速混合层中小激波形成机理及其与涡相互作用的演变过程,本文基于大涡模拟（LES）方法,结合五阶精度混合TCD／WENO格式,对超声速平面混合层在对流马赫数为Mc=0．65条件下的流场结构进行了数值模拟,数值结果详细描述了超声速混合层中小激波的形成过程。研究了小激波形成后,随涡运动而产生的变形、脱落及发展过程。同时,对混合层双涡合并过程中,小激波与相邻涡相互作用所产生的变形与演变过程进行了讨论。     

单层微通道热沉拓扑结构对芯片中心热点的降温效能研究

通过热流固耦合模拟分析得到了不同微通道结构热沉基底的温度场及微通道内速度场,研究了相同入流功率下不同单层微通道拓扑结构对中心有高热流密度热点芯片的散热能力。结果表明:相同入流功率(0.05W)下,不同结构的散热能力排序由高到低为Y分形、弯曲散射、直散射(双侧出流)、直螺旋、直散射(单侧出流)、圆螺旋、树状分形、直槽结构;采用中心入流可有效降低芯片中心热点附近的温度,对于中心入流的散射结构,采用对称出流结构可提升其流动传热性能;Y分形结构具有良好的流动传热特性,对于热源面和中心热点均具有良好的散热效果。     

应力波穿越岩石节理时能量耗散规律的实验研究

采用材料试验机和大尺度激光表面仪对大理岩和花岗岩两种岩石进行三点弯曲和粗糙断裂面的扫描实验,详细地分析了粗糙断裂面的分形特征。通过SHPB实验,研究并提出了波能量耗散与断裂面分形维数的定量关系;分析了分形维数对波能量耗散的影响规律。研究得出以下结论:1)随着粗糙断裂面分形维数的增大,通过断裂面时应力波能耗将相应增加;2)应力波能量主要是以热能和塑性变形能耗散。分形维数越大,比表面积则越大,粗糙表面粒子相互摩擦和挤压程度相应增加,导致波的机械能转化成热能和塑性变形能部分增加,因而波动能量耗散越大。     

岩石爆破分形损伤模型研究

在Ｋｕｓ和Ｔｈｏｒｎｅ等人研究基础上，利用分形理论及应用成果提出了一种新的岩石爆破损伤模型。新模型将岩体中各种结构弱面视为初始损伤，并将其分形维数作为岩石性质的主要参量，用损伤能量耗散率及与分形维数的关系表征爆破过程中的岩石损伤演化规律，从而弥补了现有模型未考虑初始损伤影响和将损伤演化归结为体积应变函数的不足。还通过模拟试验等手段验证了新模型的如上观点。     

Features of the dynamics of hydrothermodynamic perturbations in a stably stratified fluid

The evolution of a certain class of arbitrary-amplitude perturbations in a stratified binary mixture is investigated analytically and numerically. The radical differences between the process in question and the process of hydrostatic adaptation in an ordinary single-component medium are demonstrated. In particular, a long-life “wake“ with nonzero temperature and admixture concentration perturbations that compensate one another in the density field may be formed when the process is completed. The slow process of dissipation of this wake, associated with heat and mass transfer, is investigated.     

缺陷源摆动的对传波

基于流体力学方程组,对长高比Γ=30腔体内混合流体对流中缺陷源摆动的对传波的特性进行了数值模拟.结果发现,当分离比Ψ=-0.6时,缺陷源摆动的对传波的缺陷源由两个对流圈同时被拉长同时被分裂后形成.对传波的存在区间为Dr=0.198,对传波的摆动周期较小并且基本都稳定在T_o=4.8.对传波的摆动幅度较小并且几乎不随着相对瑞利数r变化.当Ψ=-0.2时,对传波的缺陷源下方対流圈轴线与缺陷源移动方向保持一致,没有对传波分支产生.对传波的缺陷源上方存在多个与缺陷源移动方向几乎垂直的対流圈的轴线,存在对传波分支,在对传波分支上出现间歇性的缺陷.从而形成具有单侧缺陷的缺陷源摆动的对传波.对传波的存在区间为Dr=0.16.对传波的摆动周期为To=65.9-85并且随着相对瑞利数的增加而增加.对传波的摆动幅度较大,并且随着相对瑞利数的增加而减小.     

囊体布热合缺陷的锁相热成像无损检测技术研究

囊体布热合缺陷的无损检测是系留气球生产过程中急需解决的关键问题。本文通过对锁相热成像检测技术的理论与实验研究,设计了一套可现场应用的囊体布热合缺陷无损检测系统,实现了热合缺陷的自动识别与定位,甚至可以进一步区分热合缺陷的类型,具有较高的可靠度和较强的抗干扰能力。该系统不仅可用于囊体布的热合缺陷检测,还可广泛应用于相关材料或结构的无损缺陷检测中。     

基于分形导数对非牛顿流体层流的数值研究

非牛顿流体具有复杂的流变特性,揭示该流变特性可以更加合理地指导非牛顿流体在工农业生产中的应用.经典的非牛顿流体本构模型往往形式复杂,仅能应用于某些特定的情况.分数阶导数模型具有参数少和形式简单的特点,己成功地应用于描述非牛顿流体的运动.Hausdorff分形导数作为一个备选的建模方法,相比分数阶导数具有更简单的形式以及更高的计算效率.本文基于Hausdorff分形导数改进现有牛顿黏性模型,提出分形黏壶模型.通过研究分形黏壶在常应变率下表观黏度的变化情况,以及在加、卸载条件下的蠕变及恢复特性,发现分形黏壶模型适合于描述具有黏弹性的非牛顿流体(本文称之为分形流体).结合连续性方程及运动微分方程,推导出分形流体在平行板间层流的基本方程.按是否拖动上板和是否存在水平的压力梯度分为3种工况,分别用数值方法计算这3种工况下流速在板间的分布及其随时间变化的情况.通过分析不同工况下的流速分布,发现水平的压力梯度会改变流速随时间变化的形状,且会推迟流速到达稳定的时间.在水平压力梯度不存在的情况下,不同阶数的分形流体具有相同的流速分布或是演变过程.另外,在水平压力梯度存在的情况下,上板速度不影响不同阶数分形流体间稳定速度的差值.     

Geometric Characteristics of Fracture‐Associated Space and Crack Propagation in a Material

It is shown that fracture can be treated as a process occurring in the Finsler space. The use of the Finsler space allows one to construct a delaminated manifold whose characteristics are related to the defect structure of the medium. A method of determining the fractal dimension of fracture is developed using the concept of crack propagation along geodesics.     

局部高密度钢纤维混凝土疲劳裂纹扩展实验研究

在混凝土弯曲构件底部用高密度钢纤维局部增强称为局部高密度钢纤维混凝土（PHPFRC）,与同样纤维掺量的传统钢纤维混凝土（SFRC）比较,它可以用近似的价格获得高得多的力学性能,本文对PHPFRC缺口试件在循环载下的裂纹扩展规律进行了研究,发现裂纹并非是由一条主裂纹循序渐进地发展,而是随着循环次数的增加,呈多条短裂纹陆续出现,弥散式发展的趋势,说明在高密度纤维的增强下,混凝土的疲劳断裂由脆性向专心性转变,根据实验及分析结果得出了两种纤维掺量下PHPFRC度件的Paris参数,并且用一个分维值D的变化描述了裂纹的演经过程,发现裂纹失稳扩展前的临界分维值D随着纤维掺量的增加而增加。     

Effects of magnetohydrodynamic flow past a vertical plate with variable surface temperature

An analysis is performed to study the magnetohydrodynamic flow of an electrically conducting, viscous incompressible fluid past a semi-infinite vertical plate with variable surface temperature under the action of transversely applied magnetic field. The heat due to viscous dissipation and the induced magnetic field are assumed to be negligible. The dimensionless governing equations are unsteady, two-dimensional, coupled and non-linear governing equations. It is found that the magnetic field parameter has a retarding effect on the velocities of air and water.