多晶体压剪试样静态加载有限元计算

基于晶体塑性理论研究了晶体织构对数值计算结果的影响,建立了带有织构的多晶体压剪试样(SCS)模型。从材料和试样结构两方面研究了静态加载条件下微观晶粒在有限变形过程中对试样宏观力学性能的影响。由于模型几何结构的特殊性,重点对模型斜槽部分的应力、应变及变形特点进行了分析。考虑到试样在压缩过程中受摩擦的影响,数值分析了不同摩擦系数对变形过程的影响,在此基础上计算了相同摩擦系数下不同晶粒数目、不同单元数目以及单元类型对多晶体压剪模型力学性能的影响,并对试件关键部位不同取向晶粒的应力状态进行了分析。     

电磁轨道炮滑动电接触的热效应

为了更准确地反映滑动电接触面的温升过程,建立了电磁轨道炮高速滑动条件下非理想电接触的计算模型,采用有限差分法,对接触电阻热效应进行了计算。计算结果表明:非理想电接触的表面温升明显高于理想接触,接触电阻层的厚度越大,电接触面的温升越快;由于速度趋肤效应的影响,接触电阻热的作用范围主要集中在接触面尾部区域;材料的热导率及输入电流的波形均对接触面温度峰值有重要的影响。研究结果为预测接触表面的材料状态,进而预测接触转捩的发生提供了理论依据。     

纤维光学 其他

TN25 2005042865 光纤-混凝土复合体三维非线性有限元分析=3-D nonlin- ear finite element analysis of fiber-concrete complex[刊, 中]／丁睿(四川大学水电学院,四川,成都(610065)),刘浩吾…／／光电子·激光,-2004,15(12),-1467-1471 对光纤-混凝土间的微观力学行为进行了分析。考虑了双接触面摩擦接触,通过试验确定了接触面力学参数; 对光纤-混凝土复合体进行了三维非线性数值分析,得出光纤-混凝土复合体不同受载状况下微观应力应变分布状态及其接触面滑移状态,从理论上验证了光纤涂覆层对其传感灵敏度的影响及光纤布置方式的选择。图7表1参 10(严寒)     

两轴两框架机载光电系统摩擦模型辨识的研究

机载光电吊舱的误差来源有很多种,其中一种就是摩擦力矩,当光轴处于低速或来回转动时,其摩擦力矩会在静摩擦和滑动摩擦之间来回变化,难以预测。使用辨识方法建立摩擦模型,并加以补偿,是提高两轴两框架光轴精度的一种方法。介绍了摩擦力矩的建模过程,使用两只吊舱对比了四种模型的拟合效果。拟合结果表明,库伦+粘滞模型中缺少对于静摩擦力的描述;静摩擦+库伦+粘滞模型中静摩擦到动摩擦是跳变,很难进行摩擦力的估计和补偿;LuGre模型不仅有静摩擦的相关描述,其曲线缓慢变化更贴近低速时接触面处于静摩擦和动摩擦来回变动的特性,具有较好的拟合特性。通过实验验证了LuGre模型的准确性和优越性。     

智能手机测试摩擦因数

使用生活中易得的物品,利用智能手机设计了测试两物体之间静摩擦因数的实验.并探究了接触面粗糙程度和正压力对静摩擦因数的影响.更进一步地,采用动力学方法测试了物体之间的动摩擦因数,分析比较了同种物体之间的动摩擦因数和静摩擦因数大小之间的关系.     

飞秒激光冲击AZ31B镁合金过程的数值模拟

采用有限元分析法对飞秒激光冲击AZ31B镁合金进行数值模拟,研究了激光冲击处理对镁合金变形过程的影响,分析了单脉冲激光冲击下材料内部的位移、动能、应力和应变的分布情况,得到了材料的瞬态速度和应变率变化过程.仿真结果表明,单脉冲飞秒激光冲击镁合金产生的塑性变形,可在材料表面形成微米级凹坑,中心点处最大位移为34μm,最大变形速度390m/s;在冲击初期,材料表面的应力和应变主要分布在冲击区域中心节点和边缘附近,并且得到镁合金的最大应力和最大应变率分别为955 MPa和1.8×106 s-1.研究结果能够为深入分析飞秒激光与镁合金作用时材料变形参量的变化规律提供数值理论依据.     

基于非连续能量耗散的滑动摩擦系数计算模型

分析了界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化条件下晶体材料界面摩擦滑动摩擦系数计算模型.结果表明:在弹性接触状态下,滑动摩擦系数与载荷及实际接触面积无关,当实际接触面积接近名义接触面积时,滑动摩擦系数随载荷增加而减小.在缓慢滑动时,滑动摩擦系数随滑动速度的增高而缓慢增大,相对滑动速度愈高,滑动摩擦系数增大趋势愈显著.滑动摩擦系数随晶格常数的增加而降低,而当晶格常数较大时,其变化对滑动摩擦系数影响较小.同时,滑动摩擦系数随原子的可能温升增加而增大.研究结论对工程应用及相关的理论研究具有一定的参考意义. 关键词： 滑动摩擦系数 非连续能量耗散 界面摩擦     

浸润接触线的摩擦性质与固体表面张力的Wenzel行为

依据Adam和Jessop关于固-液-气三相接触线具有静摩擦性的观点，能从浸润接触角数据推算 出固体的表面张力系数，但结果显然会与摩擦条件的具体形式有关.以报道的不锈钢和聚丙 烯实验数据为例，通过对比Mises和Amonton两种摩擦定律给出的表面张力系数，后者给出的 张力才具有总是随表面粗糙性的增大而增加的Wenzel效应，以及当固-液，固-气界面的张力 系数之差等于液-气界面的张力系数时，退后角将变为零的全浸润条件.这似乎表明用Amonto n定律描写接触线的静摩擦要更为合理. 关键词： 浸润角 静摩擦 固体表面张力     

光子晶体光纤在熔接夹具中的受力分析

运用接触力学和圆环压溃强度理论对由V型槽固定的光子晶体光纤进行了受力分析。分别考虑了两种极限情况,以推导光纤中的应力分布。第一种情况假设光纤是完全由纯石英材料制成的内部均匀的实芯圆柱体;第二种情况是把光纤假设成一个空芯圆柱体。根据这两种极限情况推导出了光子晶体光纤受力后光纤内部的最大应力点位于平行于接触面的外层空气孔的附近。采用有限元方法验证了此结论,计算出了光子晶体光纤可能承受的最大压力,并给出了光子晶体光纤在V型槽中的应力分布和变形情况。     

纯铁和铁基合金楔形样品中的冲击相变

2005年，Koflov等对滑移爆轰加载下的楔形纯铁DT-2样品进行了研究，样品仅在斜面部分发生了局部层裂，材料中明显存在不同的几个区域：材料无破坏区域、层裂开始和发展区域、加载表面-高能炸药接触面、满足α-ε相变条件的加载表面邻近区域和初始状态为硼发生高应变率变形的材料区域。但是滑移爆轰加载波系作用非常复杂，无法准确给出各区域宏细观变形破坏所对应的加载应力状态。     

速度对聚四氟乙烯摩擦系数影响的分子动力学模拟

基于分子动力学方法建立了双层聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)摩擦模型,研究了不同速度下PTFE的摩擦过程.通过分析不同速度下接触区内下层PTFE分子键长、键角、分子形状的变化及接触过程中摩擦力和正压力的变化,从微观角度研究了速度对PTFE摩擦系数的影响.研究结果表明:随着速度的增加,接触区内PTFE粒子间的键长变短,键角变小,分子链沿x;方向的变形量增加.变形后的PTFE分子产生的回弹力导致上、下层PTFE分子间相互作用力增加,从而增加了摩擦力.当速度进一步增大时,接触区内下层PTFE粒子间的键长和键角多处于平衡位置,分子链沿x方向的变形量减小.这很可能是由于接触区内下层PTFE分子沿速度方向倾斜,使上、下层PTFE分子趋于平行滑动,从而降低了摩擦力.不同速度下正压力几乎保持不变.因此,当上层PTFE所受外载荷固定时,摩擦系数随着速度的增加先增大后减小,临界速度为1.2 m/s,这与实验研究结果一致.     

基于变化静电场的非接触式摩擦纳米发电机设计与研究

基于接触生电与静电感应原理的摩擦纳米发电机(TENG)及其自供能传感器在新能源和物联网等领域有重要的应用前景.存在电负性差异的聚合物材料在接触分离过程中,由于电子的转移,在聚合物周围空间会产生变化的静电场,已有的TENG研究中,主要利用垂直于摩擦层和电极层平面的场强产生静电感应,忽略了聚合物周边的电场效应.根据静电感应原理,处于电场中的导体其内部电荷会重新分布,这为导体在与摩擦材料不接触的情况下导体表面产生感应电信号提供了途径.本文设计了一种利用摩擦层周围变化静电场的非接触式摩擦纳米发电机(NC-TENG),研究了硅胶薄膜和丁腈橡胶薄膜在接触分离过程中,导体与摩擦材料的距离、导体感应面积尺寸及导体相对于摩擦材料所处方位等参数对感应电输出性能的影响.结果表明,在与摩擦材料完全分离的情况下, NC-TENG可以产生稳定的电信号输出. NC-TENG的感应电压随着导体与摩擦材料距离的增大而减小,随着导体感应面积的增大而逐渐增大,对于尺寸为30 mm×30 mm的摩擦材料,导体在面积为60 mm×45 mm时NC-TENG的电输出趋于稳定,产生约13 V的开路电压.此外,导体相对于摩擦材料所处...     

热动力学问题的数值计算

 对含热传导的流体动力学方程组，用有限元方法进行数值求解。采用傅里叶热传导计算热流、用热流连续条件计算单元间接触面的温度、用三角形传热法计算体单元表面的热流，考虑各向同性弹塑性流体材料模型、三项式物态方程和导热系数与状态的相关性，给出了傅里叶热传导、接触传热、热应力应变效应、以及混合物冲击压缩特性等算例。对混合物冲击温度的数值模拟表明，小颗粒混合物在冲击压缩过程中，颗粒间的温度有差别、稍有波动，并随时间趋向于一致，以至热平衡。     

高通量计算二维材料界面摩擦

建立了基于第一性原理方法研究二维材料界面摩擦的高通量计算程序,该程序实现了自动化批量建模、批量提交任务、多任务并发计算,以及计算结果自动收集、处理和图像绘制,使用该程序可以节省时间.采用此程序计算了不同层间距离下双层氮化硼和双层石墨烯的滑移势能面,及层间界面摩擦力和摩擦系数.研究发现,随着层间距离减小,双层氮化硼界面的平均摩擦力近似线性增大,摩擦系数为0.11—0.17,双层石墨烯界面摩擦力先增大后减小再增大,其摩擦系数在12 nN载荷下达到最小值(0.014),这些结果与已有研究结果一致,验证了该计算程序的可靠性.此外还研究了表面氢化和氟化对双层氮化硼界面摩擦的影响,发现氟化氮化硼/氮化硼界面的摩擦系数更低.     

铁磁板磁巴克豪森应力检测的解析模型

作为评估铁磁材料性能及应力状态的重要无损检测技术之一,磁巴克豪森噪声方法可实现对材料早期结构损伤及相关应力状态的定量评价,应用前景广阔.此方法能否准确评估材料内部损伤及应力状态,关键在于能否建立合理有效的检测信号与材料内部应力分布之间的关系.为此,本文以铁磁板为例,沿板厚度方向激发信号,根据磁巴克豪森信号传播过程中的强度衰减效应,建立了铁磁板表面磁巴克豪森信号与材料内部应力定量关系的解析模型.基于已有实验结果的研究证实,本文理论模型能准确反映不同检测频率下铁磁板内部均匀应力值差异对检测信号的影响.而且,对于铁磁板内存在应力分布的情形,采用本文解析模型,研究得到了板内应力分布、铁磁板厚度、磁导率和电阻率等主要参数对铁磁板表面检测信号的影响规律.本文理论模型不仅揭示了基于磁巴克豪森噪声方法的铁磁材料应力检测机理,同时也为发展磁巴克豪森无损检测技术提供了合理有效的理论依据.     

基于静态双重区域分解的两种接触并行算法

CHAP3D是北京应用物理与计算数学研究所自主研发的Lagrange通用弹塑性流体力学分析程序.文章介绍了在CHAP3D程序中使用的、针对多处理器集群的、基于静态双重区域分解的两种接触并行算法.第一种是分配单个完整接触面的接触并行算法，此算法将一对完整的接触面分配到一个处理器上，并建立计算域与接触域的通信关系.此接触并行算法的优点是简单，在具有接触面的处理器上可以直接使用串行的接触搜索算法和接触力耦合计算算法.另一种是主面剖分区域分解的接触并行算法，此算法将所有接触面的主面区域分解到所有处理器上.须建立计算域与接触域以及接触域内各处理器间的两种通信关系.该接触并行算法是一个负载平衡的并行算法，具有很好的并行效率和可扩展性.数值算例显示，这两种接触并行算法都能够很好地模拟多种不同类型的接触问题.      

超音速侵彻混凝土过程中装药安定性结构设计的动摩擦理论分析

 根据侵彻过程中弹体内部装药的弹性变形假设,利用弹体结构与内部装药的相对位移、摩擦功、热力学原理和热点理论,提出了装药热安定性设计的弹性理论分析方法。计算中,侵彻弹体的响应函数从空穴膨胀理论出发;利用弹塑性材料中应力波Hugoniot跳跃条件以及流体力学动量和质量守恒方程,分析了弹体侵彻混凝土过程中的弹体表面径向应力;结合牛顿第二定律,采用有限差分技术,获得了弹体侵彻过程的轴向阻力。通过弹性理论分析,得到了弹体侵彻过程中影响装药安定性的重要设计参数,为装药安定性设计提供了理论依据。     

强脉冲电子束辐照材料表面形貌演化的模拟

在回顾和总结强脉冲电子束表面改性实验的基础上, 利用有限元数值计算方法对强脉冲电子束辐照铝和304不锈钢产生的温度场进行模拟, 给出了靶的近表面区域流体状态存在的特征尺度和特征时间, 并对不同材料特性下熔坑的产生原因进行了讨论. 采用两相流模型, 通过水平集方法和有限元方法结合的计算流体力学模拟了熔坑和表面突起形貌在表面处于熔融状态下的运动特征, 通过和实验数据相对比, 验证了对于高黏度, 高表面张力的高熔点金属, 表面处于流体状态下的张力驱动效应是熔坑等表面形貌演化的重要原因.     

基于视频图像处理技术测量滑动摩擦系数

针对目前滑动摩擦系数测量方法的不足,采用双弹簧振子系统,并基于视频图像处理技术,通过实验测量和数值计算相结合的方法测量了滑块与接触表面之间的滑动摩擦系数.该方法采用数码摄像机进行数据采集,测量工作量少,简便易行且成本低;借助基本的图像处理技术计算振动参量,算法简单,易于实现.     

电磁波在有缺陷介质中的传播特性

本文以麦克斯韦方程组为基础研究了电磁波在具有缺陷的材料中的传播特性.采用时域有限差分法数值计算了电磁波在具有表面和亚表面缺陷的材料内部传递时电场强度的空间分布.计算结果表明,材料表面、亚表面缺陷扰乱了瞬态电场的均匀分布,导致材料内部某些位置的电场强度成倍增大,从而成为材料热学、力学性质变化的"诱点".文中利用光学知识讨论了缺陷对电磁波调制作用的物理本质.