磁场力及膜曲率对磁敏感薄膜-基底界面黏附性能的影响与调控

界面黏附和脱黏的可调控在攀爬装置、黏附开关、机械抓手等方面具有重要的应用需求. 针对磁敏感薄膜-基底界面, 开展了薄膜初始曲率及外加磁场对界面黏附性能影响机制的研究. 首先实验制备了具有初始曲率的磁敏感薄膜, 分别开展了具有初始曲率的磁敏感薄膜-基底界面撕脱实验及理论研究, 研究了薄膜初始曲率、弯曲刚度和外加磁场强度对界面黏附性能的影响规律. 实验和理论结果一致表明: 具有初始曲率的磁敏感薄膜-基底界面黏附力随薄膜初始曲率的增大而减小, 而外加磁场能够有效提高界面黏附力;相比于初始零曲率薄膜-基底界面稳态撕脱力与薄膜弯曲刚度无关, 薄膜弯曲刚度减弱了具有初始曲率薄膜-基底界面的稳态撕脱力. 进一步从能量角度分析了界面等效黏附性能, 揭示了薄膜弯曲能、磁场势能、界面黏附能的相互竞争机制. 最后, 基于本文的实验及理论结果, 提出了一种磁场和薄膜初始曲率协同调控的简易机械抓手, 可连续实现物体的拾取、搬运和释放功能. 本文结果不仅有助于理解多场调控的界面可逆黏附机制, 对界面黏附可控的功能器件设计亦提供了一种新方法.      

低速冲击下纤维/金属层合板抗分层性能研究

论文采用内聚力模型,对纤维/金属层合板(FMLs)在低速冲击载荷作用下抗分层性能进行研究.内聚力模型对裂纹的模拟具有它独特的优势:一是该模型不需要预先假设初始缺陷;二是在计算过程中随着裂纹的扩展,该方法不需要重新对结构进行网格划分.借助该模型,论文对低速冲击载荷作用下,纤维层合板(FRP)分层进行了模拟,并验证了该模型计算的有效性.在此基础上,论文研究了低速冲击载荷作用下,不同金属含量的纤维/金属层合板抗分层性能,并与纤维层合板进行了比较.最后从能量的角度讨论了金属含量与铺层结构对FMLs低速冲击性能的影响.     

涂层/基体体系的界面应力分析

针对热防护涂层的承载特征,建立了涂层、基体体系的平面应变模型.以均匀应变差比拟热膨胀失配,基于最小功原理,推导了完整涂层/基体界面应力的级数解.分析结果表明,在自由端面附近,界面应力集中明显,其峰值达到了与涂层内拉应力相当的量级.涂层膨胀或收缩,界面正应力分别呈现压应力或拉应力状态,界面剪应力也发生方向交变.     

纳米双晶铜单向拉伸弹性性能的应变率效应和尺寸效应

利用分子动力学方法研究了双晶铜在单向拉伸载荷作用下弹性性能的应变率效应和尺寸效应.结果表明:随着加载应变率的改变,纳米双晶铜的初始弹性模量在低应变率区和高应变率区表现出不同的规律.在低应变率区,弹性模量基本不随应变率的变化而变化;但在高应变率区,弹性模量随应变率的增大而增大,弹性模量和加载应变率之间满足近似的对数线性关系.因此,存在一个控制弹性模量应变率效应的应变率阈值.进一步的研究发现,双晶纳米铜的应变率阈值随着截面尺寸的增大而减小,具有明显的尺寸依赖性.     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND COMPUTER SIMULATION ON DYNAMIC BUCKLING BEHAVIOR OF LIQUID-FILLED CYLINDRICAL SHELLS UNDER AXIAL IMPACT

This article reports an experimental investigation on the axial impact buckling of thin metallic cylindrical shells fully filled with water. Low velocity impact tests are carried out by DHR-9401 drop hammer rig. The whole process of dynamic buckling is simulated using LS-DYNA computer code. The consistency between experimental observation and numerical simulation is quite satisfactory. The investigation indicates that quite high internal hydrodynamic pressure occurs inside the shell during the impact process. Under the combined action of the high internal pressure and axial compression plastic buckling occurs easily in the thin-walled shells and buckling modes take on regular and axisymmetric wrinkles. This project is supported by the National Natural Science Foundation of China(19672039) and the Shanxi Foundation for Returned Scholars from Abroad.     

充液圆柱壳轴向冲击屈曲的实验研究与计算机数值模拟

借助落锤装置实现冲击加载,完成了一组充满水的金属薄壁圆柱壳试件轴向冲击屈曲过程的实验研究,同时利用LS-DYNA大型动力软件对冲击屈曲的全过程进行了计算机模拟.对于屈曲模态发展过程以及冲击力和液压的动态时程曲线,实验观察和数值结果均表现出较好的一致性.研究表明,在撞击过程中壳内形成很大的液体压力,在此内压和轴向压缩的联合作用下,壳壁发生轴对称塑性屈曲,屈曲模态为一系列依次发展的环带波纹.     

压剪载荷作用下界面裂纹尖端场的研究

建立了弹性-幂律蠕变双材料界面裂纹准静态扩展的力学模型，求得了裂纹尖端应力、应变和位移场分离变量形式的解及其数值结果；讨论了材料性能参数对裂纹尖端场的影响；计算和分析了界面裂纹的摩擦效应，并且得出了给定条件下裂尖场的轮廓图形．     

纳米金属丝拉伸破坏及其应变率效应

建立了适于研究纳米金属快速变形破坏过程的分子动力学模型,并对不同应变率工况下不同截面尺寸单晶镍纳米丝的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟.模拟得到各种纳米镍丝的应力-应变曲线、屈服应变、屈服强度、断裂强度和初始弹性模量,提出了纳米金属丝快速变形力学性能的应变率效应预测公式并加以验证.计算表明金属纳米丝的屈服应变与尺寸和应变率无关,屈服强度、断裂强度和弹性模量与应变率呈对数关系.     

MODELING THE EFFECT OF PRELIMINARY QUASI-STATIC LOADING ON THE DYNAMIC BUCKLING OF COMPOSITE CYLINDRICAL SHELLS UNDER AXIAL COMPRESSIVE LOADING

Journal of Applied Mechanics and Technical Physics - Applied shell theory has been used to formulate an energetically consistent resolving system of equations and develop a complex numerical method...     

斜拉索各参数取值对索力测定结果的影响

为了确保频率法测定斜拉索索力的精度，以某斜拉桥中的拉索为例，采用平面非线性有限元法探讨了斜拉索各参数取值对索力值的影响，并讨论了各参数的合理取值．利用分析结果找到了不同的测试单位在该斜拉桥的索力联测中存在较大索力偏差的原因，可对施工过程中的索力精确测定提供帮助．分析结果同样适用于悬索桥和悬挂屋顶等索结构的索力测定．     

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从静力平衡条件出发,研究撑杆跳高过程中撑杆的截面尺寸变化对应变能的影响, 给出了撑杆壁厚沿长度方向的变化规律. 利用有限单元法计算了极限变形状态下撑杆的变形 曲线,验证了极限状态变形曲线为圆弧的假定. 根据能量守恒,引入肌肉收缩做功对跳高高 度的贡献,修正了技能指标,得到了考虑运动员体重、身高及握杆高度等影响因素的跳高高 度计算公式.