固体推进剂非线性拉伸行为的实验研究

固体推进剂非线性拉伸行为的实验研究王晓明，沈亚鹏（西安交通大学，７１００４９）关键词本构关系，粘弹性，非线性，推进剂１引言Ｈａｄｄａｄ（１）和杨挺青（２）对粘弹性非线性本构方程作了比较全面的综述，其中最简单，而又有利于实验确定材料常数的本构方程是其中...     

确定微纳米尺度金属薄膜拉伸分叉点的实验研究

为了确定微纳米尺度金属薄膜的拉伸分叉点,本文使用磁控溅射镀膜技术,在PI(聚酰亚胺)基底上沉积500nm厚的铜薄膜,制作薄膜/基底结构拉伸试件。在单轴拉伸作用下,通过测量拉伸加载过程中铜薄膜的电阻变化情况,得到薄膜电阻随应变变化的关系,并与理论推导的结果进行对比分析,从而确定了塑性阶段理论曲线与实验曲线分离的点,即铜薄膜的分叉点。以此为基础,研究了铜薄膜在单轴拉伸作用下的分叉行为。研究结果表明,沉积于PI基底上的微纳米尺度铜薄膜在单轴拉伸下,经过弹性变形阶段后,很快就发生分叉,然后产生破坏,而塑性变形阶段和局部化阶段较短;弹性阶段薄膜的电阻变化速率很小,塑性阶段薄膜的电阻变化速率稍有增大,而当薄膜表面开始出现微裂纹后,电阻变化速率急剧增大。     

柔性基底上含过渡层纳米薄膜在双向拉伸下断裂损伤的实验研究

含过渡层的柔性基底薄膜的力学性能对现代电子元器件的广泛应用至关重要,对其力学性能的深入研究变得极为迫切。本文针对其在双向拉伸载荷下的断裂损伤进行了实验研究。对125μm聚酰亚胺上沉积的不同薄膜结构进行不同加载比下的双轴拉伸实验,通过光学显微镜观察裂纹演化过程与饱和裂纹形态。根据最小应变能密度因子理论对裂纹演化的开裂角度进行了理论分析,用有限元分析了加载比例和过渡层泊松比对结构各层双向应力比传递的影响,并在不同薄膜结构和加载比下,对裂纹演化应变进行了比较。研究结果表明,在双向拉伸载荷作用下,薄膜裂纹呈现出网状分布,裂纹演化角度与加载比、裂纹初始角度相关;一级裂纹萌生的临界应变随着加载比降低而降低,二级及以上裂纹萌生的临界应变与各级裂纹的饱和应变随加载比降低而升高;在等双轴拉伸下,不同薄膜结构的含过渡层柔性基底薄膜一级裂纹的临界应变基本一致,二级及以上裂纹的临界应变显现明显差异。     

转子－轴承系统的分叉行为研究

本文完善和改进了求解非线性常微分方程组周期解及分叉特性分析的ＰＮＦ方法，用以有效地分析谐波、次谐波运动和倍周期分叉行为。然后，应用该方法对一个单盘挠性转子－轴承系统的动力行为进行了研究。结果显示运动呈现拟周期分叉、倍周期分叉和切分叉等复杂动力学现象，并与一些理论和实验结论作了比较。     

转子—轴承系统的分叉行为研究

本文完善和改进了求解非线性常微分方程组周期解及分叉特性分析的ＰＮＦ方法，用以有效地分析谐波、次谐波运动和倍周期分叉行为。然后，应用该方法对一个单盘挠性转子－轴承系统的动力行为进行了研究。结果显示运动呈现拟周期分叉、倍周期分叉和切分叉等复杂动力学现象，并与一些理论和实验结论作了比较。     

固体的冲击拉伸碎裂

固体材料在冲击拉伸载荷作用下常常会断裂成多个碎片(碎片化),固体材料碎片化的物理机制是多点损伤同时在固体中成核和发展,导致固体多处破坏。自 Mott 对固体的动态碎裂问题进行了开创性研究后,几十年来,对固体动态碎裂机制的研究一直是应用物理学、力学、航天和兵器工程等领域共同关心的重要课题。本文介绍了在冲击拉伸载荷作用下固体的动态碎裂研究的发展历史,给出相关的理论分析、实验研究和数值模拟的研究进展,特别针对现有的各种关于碎片尺度、碎片分布、以及碎片化物理机制的理论模型进行了较详尽的阐述和讨论,最后指出现有实验和理论研究中仍然存在的关键科学问题及进一步的研究展望。     

两步法制备固体润滑FeS薄膜的摩擦磨损性能研究

通过两步法,即射频溅射Fe膜与低温离子渗硫复合处理工艺,在非黑色金属(单晶硅)表面得到了固体润滑FeS薄膜.利用X射线衍射仪研究了单质Fe膜与FeS薄膜的相结构,利用原子力显微镜和扫描电子显微镜观察分析了FeS薄膜的表面与擦伤磨损表面的形貌,用涂层划痕仪测量了FeS薄膜与基体的结合强度,用纳米压痕仪测定了FeS薄膜的纳米硬度及弹性模量,利用DD-92型摩擦磨损试验机评价了FeS薄膜的摩擦磨损性能.结果表明,两步法制备的FeS薄膜为金属Fe与固体润滑剂FeS共同组成的复合固体润滑薄膜,与其基体结合紧密,具有适当的表面硬度;FeS薄膜具有优异的减摩耐磨抗擦伤性能,摩擦系数与磨损量明显比45#钢原始表面的低,抗擦伤载荷明显提高.     

轴流压缩系统过失速行为的非线性分叉分析

采用Greitzer的轴流压缩系统数学模型，按照B参数对压缩系统不稳定行为的影响，分阶段对从失速到喘振的过失速过程进行非线性分析，并得到了临界点B附近的变化规律。基于分叉理论，证明了在产生Hopf分叉后，系统可产生唯一且稳定的极限环，且在有限域内的系统轨迹趋近于这个稳定的极限环。     

方板对角拉伸分叉、鼓动与起皱

以Ｈｉｌ关于弹塑性材料唯一性的充分性条件为理论基础,采用虚功率增率型原理和Ｍｉｎｄｌｉｎ曲壳单元的弹塑性大变形有限元模型成功地模拟了方板对角拉伸（ＹＢＴ）分叉后继变形的鼓动与起皱过程,并与同类实验结果进行了比较最后还讨论了板厚ｔ和端面拉伸宽度Ｂ对分叉模式和起皱模式的影响为板材成形过程中发生的分叉、鼓动与起皱现象提供一种有效的有限元数学模型     

非线性转子系统的分叉

本文利用非线性动力学的分析方法,研究了非线性挤压油膜阻尼器支承的柔性转子系统中的分叉特性     

Feigenbaum Scenario Exhibited by Thin Plate Dynamics

The dimensionless partial differential equations governing thedynamics of a thin flexible isotropic plate with an external load arederived and investigated. The period doubling bifurcations, as well asthe chaotic dynamics, are detected and analyzed. The algorithms leadingto the reduction of the original equations to those of a difference setof ordinary differential and algebraic equations are proposed, comparedto other known methods, and then applied to the problem.Among others, it is shown that, in spite of the system complexity, theFeigenbaum scenario exhibited by one-dimensional maps also governs theroute to chaos in the continuous system under consideration.     

多种非线性力作用下不平衡弹性转子的分岔特性

研究了4自由度不平衡弹性转子在非线性油膜力、非线性内阻力和非线性弹性力联合作用下的动力学特性。结果表明，当只有非线性油膜力作用时，转子只存在由于油膜失稳而导致的倍周期分岔。而当非线性油膜力与非线性内阻力共同作用时，在油膜失稳后，转子产生低频振动。转速继续增加，还会诱发内阻失稳，产生概周期运动。在倍周期分岔中，存在分岔激变现象。本文发现的由于油膜涡动而导致的内阻失稳(概周期运动)是一种未见报道的转子失稳模式(组合失稳)，它与油膜失稳(倍周期运动)一起可作为转子故障诊断的典型失稳模式。     

动态油膜-柔性转子的分岔与混沌

研究非稳态动载短轴承支撑的Jeffcott柔性转于系统的动力特性,将转速比、不平衡量、阻尼比、黏度作为控制参数,利用Floquet乘子预测周期解的局部稳定性,通过Lagrange插值精细积分法给出系统运动的数值结果并预测系统的长期性态,显示系统在4个参数组合的某些范围内还存在多形式次谐波解,以及由倍周期分岔、二次Hopf分岔通往混沌的现象.将动态油膜力模型和稳态油膜力模型的数值结果进行比较,表明动态非线性油膜力模型的合理性.     

The fractional dimension identification method of critical bifurcated parameters of bearing-rotor system

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＢｉｆｕｒｃａｔｉｏｎａｎｄｆｒａｃｔａｌｔｈｅｏｒｙａｒｅｔｗｏｉｍｐｏｒｔａｎｔｂｒａｎｃｈｅｓｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｃｉｅｎｃｅ.Ｔｈｅｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｉｓ:ｆｏｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ＿ｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｘ=ｆ(ｘ,ｔ,α)ｏｒｄｉｓｃｒｅｔｅｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｘ｜→ｇ(ｘ,α)(ｗｈｅｒｅｇｉｓｍａｐｇ:Ｒｎ×Ｒ→Ｒｎ),ｗｈｅｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒαｃｈａｎｇｅｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙａｎｄｐａｓｓｅｓα0,ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｃ…     

Bifurcation of equilibrium of flexible bars subject to eccentric loads

The multiple equilibrium shapes, i. e., bifurcation behavior of the flexible bars subject to axial eccentric force are analyzed by the large deflection theory. Three types of elastica of equilibrium shape are discussed, and the method for determining the various classes of bifurcation of equilibrium due to given loads is presented.     

FM—510型粘结固体润滑涂层的摩擦性能

针对航空发动机减磨延寿要求，研制了ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固体的润滑涂层。采用ＭＲＨ－３环块摩擦磨损试验机和Ｆａｌｅｘ试验机考察了其摩擦性能。结果表明，ＦＭ－５１０型粘结二硫化钼固定润滑涂层的摩擦系数低，承载能力高，耐磨寿命长，可以采用ＭＲＨ－３环块摩擦磨损试验机评价二硫化钼类涂层在高载荷低速度下的摩擦性能并可降低相应的测试成本。     

柔性电子系统及其力学性能

建立在柔性和可延性基板之上的新兴电子技术通称为柔性电子技术.由于其独特的柔性和延展性,柔性电子系统在很多方面有着广阔的应用前景.柔性电子系统具有相似的结构特点和材料特性.对其组成部分的力学性能研究是柔性电子技术研发过程的重要组成部分.对柔性电子系统的相关背景及其研究现状进行全面的介绍和评述.首先介绍了柔性电子系统的概念和在实际应用领域中的研究进展;然后介绍了它的基本结构, 材料特点以及制备工艺,着重介绍了国内外在柔性电子系统基本结构的力学性能方面的研究进展;并在最后初步展望了在其力学性能研究领域中有待解决的若干问题.      

薄膜破坏过程数值模拟的MPM方法

将连续与不连续本构模型相结合用于薄膜破坏过程的模拟计算. 采用von Mises关联塑性本构模型描述材料的弹塑性变形过程,在塑性硬化和软化阶段通过检查分岔 是否发生, 从而判断是否有破坏出现,即材料出现应变局部化现象. 一旦出现破坏,则在发生 破坏的区域采用位移不连续(decohesion)本构模型进行模拟, 直到破坏面两侧材料完全分离. 分离阶段采用相应的分离算法同时运用黏性边界条件以提高计算效率. 结果表明结合连续与 不连续本构模型的方法, 能很好地模拟材料从局部化到完全破坏的过程,体现了材料破坏连续 建模的思想,可用于预测材料发生破坏的环境和形式, 从而通过改变材料工作环境提高其使用 寿命;同时数值算例也显示了物质点法(material-point-method, 简称MPM)的健壮性和有 效性.     

热超弹性薄板非对称拉伸的分岔和稳定性

本文应用超弹性材料的有限变形理论分析了在面内等双向拉伸死载荷作用下不可压热超弹性方形薄板发生非对称变形的分岔及其稳定性问题.给出了方板变形的分岔曲线和临界载荷,发现对受面内等双向拉伸载荷作用的均匀方板,当拉伸载荷值较小时,方板双向等伸长变形,发生对称的拉伸变形;但当此载荷值大于某一临界值时,从方板的对称拉伸变形中分岔出非对称的变形,方板在两个方向的变形不再相等.通过变形发生分岔前后的能量比较发现,分岔后的对称变形是不稳定的,而非对称变形是稳定的.同时,给出了板中的应力分布曲线,并由不同温度下变形的分岔曲线和应力分布曲线讨论了温度对方板变形和板中的应力分布的影响.     

平动柔性矩形薄板的动力学特性与屈曲分析

应用Hamilton变分原理建立了平动状态下对边简支对边自由矩形薄板的非线性动力学方程,分别应用假设模态法和康特洛维奇法分析了板的前4阶近似振动频率、临界分岔值及板的前3阶后屈曲近似解,并比较了取不同阶数假设模态对分析结果的影响.分析表明整体平动可使柔性多体系统中的柔性构件产生动力刚化和动力软化效应,且软化效应还可使系统平衡位置发生分岔而失稳;在动力刚化和动力软化情况下,柔性构件模态出现的顺序均可能发生改变,此性质在柔性多体系统动力学简化建模特别是模态截断时应引起足够的重视.