塔宝效应(Talbot Effect)及对面内和影栅云纹方法之改进

本文中导出了单色准直光倾斜入射时塔宝距离(Talbot Distance)的新公式,并给出了实验验证。塔宝效应还被成功地用于改进面内及影栅云纹方法,显著提高了这两种方法的灵敏度,并加大了参考栅与试件间的允许距离。     

利用激光剪切干涉术和塔宝效应获得实时等曲率条纹

本文研究了一种新的获得镜状表面试件实时等曲率条纹的方法。这种方法是利用激光光栅剪切干涉仪和塔宝效应实现的。曲率测量灵敏度达每条纹10~(-6)/mm。本文提供了理论分析和实验结果。     

流场物理特性在脉动风压系数估算中的应用

利用数值模拟技术计算脉动风压需要进行非定常瞬态模拟,计算量过大. 为了提高计算效率,文章根据准定常理论,用预测点高度的入口风速代替参考点高度风速,修正了Paterson、黄本才等人提出的脉动风压估算公式. 通过由CFD 模拟得到的独立柱支撑平板结构的平均风压系数、参考点风速、湍流动能等参数估算了其脉动风压系数,发现大多数工况下与风洞试验结果相吻合. 研究表明,可以利用定常模拟计算结果中获得的参数估算出脉动风压系数.     

Level Set方法在地面效应数值模拟中的应用

利用Level Set方法隐式捕捉界面并能处理复杂的物质界面及其拓扑结构变化（如合并、交叉、破碎等）情况的优势,基于可压缩N-S方程的预处理技术,采用基于界面两侧介质黎曼关系的修正虚拟流体方法对介质边界进行处理;将只能应用于可压缩流动界面模拟的修正虚拟流体方法推广应用于不可压缩流动问题的模拟,数值模拟了气-水运动界面与近水面飞行器的相互影响规律。通过与将水面视为对称面的简化模型对比发现：利用自由运动界面模型计算的NACA6409翼型升力较小,能更准确地反映飞行器流场对水面形状的影响,其结果更为符合实际;文中还对比了翼型距水面不同高度时的结果,得到了翼型受水面影响的强弱与翼型距水面的高度成反比的结论。     

质量传输模型在考虑热力学效应空化流动计算中的应用评价

通过二次开发技术,将Merkle、Kunz、Kubota、Singhal四种不同的质量传输模型和液氮物质属性随温度变化函数等引入了计算软件CFX。在考虑热力学效应的条件下,对绕翼型的液氮空化流动进行了数值计算,并与实验结果进行对比分析。结果表明：由于传输方程的物理机制不同,造成各模型的计算结果尤其是对热力学效应影响的描述存在明显的差别。Merkle模型计算得到的压力和温度分布与实验最为接近,质量传输过程能较好地反映温度场变化的影响,从而能较好地反映热力学效应对空化发展的影响;Singhal模型计算得到的结果与实验数据差距最大,其模拟得到的质量传输过程不能很好地反应温度流场的变化的影响。     

弯曲波彩虹捕获效应及其在能量俘获中的应用

弹性波在色散关系经过设计的梯度结构中传播时会产生空间分频现象和波场能量增强现象,即不同频率的弹性波会在结构的不同位置停止向前传播并发生能量聚集,这就是弹性波彩虹捕获效应.其相关研究成果可以促进结构健康监测、振动控制以及能量俘获等领域的发展.本文通过所设计的梯度结构梁,系统地研究了弯曲波彩虹捕获效应及其在压电能量俘获中的应用.首先,利用传递矩阵法获得了梯度结构梁元胞能带结构的解析解,进而分析了弯曲波彩虹捕获效应的产生机理:不同频率的弯曲波会在不同元胞附近群速度减小到零,从而停止向前传播并发生反射;入射波和反射波的叠加,以及群速度减小带来的能量聚集,会显著增强反射处的波场能量.其次,通过有限元仿真和实验验证了弯曲波彩虹捕获效应的空间分频现象和波场能量增强现象.最后,通过有限元多物理场耦合仿真和实验,研究了粘贴PVDF压电薄膜的梯度结构梁相对于均匀梁的弯曲波能量俘获效果及其随入射波频率的变化规律.结果表明,在弯曲波彩虹捕获效应发生频带内,粘贴在梯度结构梁上的PVDF压电薄膜的输出电压约为粘贴在均匀梁相应位置处的PVDF压电薄膜的输出电压的2倍.     

比拟杆法在单箱双室箱梁剪力滞效应中的应用

依据加劲板理论分析箱型梁桥的剪力滞效应,建立了单箱双室箱梁的剪力滞效应分析的比拟杆法.推导了针对单箱双室箱梁的加劲杆面积公式和剪力滞微分方程;通过对算例有机玻璃单箱双室箱梁模型的剪力滞效应采用板壳数值解,实验解和本文理论解的对比分析,验证了比拟杆法在对单箱双室箱梁剪力滞效应研究中的可靠性和准确性.     

柔性结构气弹效应在流动控制中的应用及进展

柔性结构与空气动力耦合形成的系统呈现出丰富的非定常、非线性流动和结构动力学行为,对其气动弹性效应合理地控制和利用,能够大幅度提高飞机机翼、风力机叶片等结构的气动性能,并使其具有气动自适应能力.本文总结了近年来与气弹效应应用相关的研究进展及存在的问题,具体介绍了薄膜翼型的流动控制特性、柔性壁面减阻技术以及Sinha扰流装置的发展过程、主要成果以及未来发展趋势,着重对相关试验、流固耦合数值分析、Lagrangian拟序结构动力学等理论分析方法进行总结,展示了气弹效应在流动控制方面的巨大潜力和深远的学术意义,以便更多的研究人员开展该领域的研究工作.      

三维刚体弹簧元法在RC深梁抗剪性能尺寸效应评价中的应用

选取典型的钢筋混凝土(RC)深梁受剪试验,开发并运用三维刚体弹簧元法(3D RBSM)模拟了大尺寸截面深梁的受剪破坏过程,以及箍筋对深梁抗剪性能的影响。结果表明,3D RBSM不仅能够较准确地计算RC深梁的开裂荷载、名义抗剪强度以及箍筋的增强作用,而且能够模拟裂缝的开展以及构件的破坏。相比于有限元法,3D RBSM具有以下优势：大幅度提高了名义抗剪强度的计算精度,实现了散布裂缝模拟的可视化以及混凝土裂缝宽度的直观、定量评价;能够更好地捕捉峰值荷载后的软化行为。因此,3D RBSM为大尺寸截面深梁的受剪破坏模拟、明晰抗剪性能尺寸效应机理和完善大尺寸RC构件设计提供了有效研究手段。     

一种可考虑弯曲效应的多步法及其在矩形管拉弯成形中的应用

多步法可以考虑变形历史,也顺应了多工步成形的需要,在板料成形的数值模拟中有着良好的应用前景。但传统的多步法主要是基于膜单元的,没有能够准确地考虑成形中的弯曲效应,不适合模拟弯曲变形占主导的成形过程,如型材的拉弯成形。为此,本文将无转动自由度的BST壳单元引入,通过单元片内四个相邻单元,方便地计算出相邻构型的曲率,并通过...     

高炉炉壳开孔位置对应力集中的影响

考虑到冶金行业中高炉炉壳开孔的实际情况，本文应用有限元分析的方法研究受远场均匀拉伸载荷，二维有限区域内菱形分布的圆孔中间不同开孔位置下的应力分布，得到最大应力集中系数随孔位置变化的三维变化曲面。此外，孔沿座标轴及沿原孔边缘位置变化对应力集中系数的影响被详细研究，从而为合理设计炉壳开孔提供了理论依据。     

具有表面凹坑的半无限体三维应力集中系数有限元研究

利用ANSYS有限元软件对半无限体表面球形和半椭球形凹坑的三维应力集中系数进行了计算，该方法简单易行，省时省力；并将所得数据与试验结果作了对比，两者吻合较为一致，说明利用该软件分析三维应力集中问题有效可行。研究结果表明：应力集中系数随泊松比μ、曲率r及凹坑与结构相对尺寸的增加而变大；对于椭球凹坑，在深度一定时，增加凹坑与表面相交面积，可以减小应力集中系数，削去部分的形状，以与凹坑相切，且在载荷方向上有长轴的椭圆或圆弧组合为宜。     

塔宝剪切干涉法的新发展——获应力和与应力和梯度条纹

本文提出了塔宝剪切干涉法测量应力和与应力和梯度的新方法,导出了光路的数学公式,并通过对径受压圆盘的实验与计算,证实了实验结果与理论值符合良好.     

垂直于界面V型缺口尖端的应力奇异性及其应用

基于双材料垂直于界面V型缺口理论,给出了单一材料和双材料裂纹问题、V型缺口问题应力强度因子的统一定义,得到了应力外推法计算双材料K_I的公式,数值算例验证了本文方法的有效性.以双材料单向拉伸和三点弯曲模型为对象,深入研究了双材料中弹性模量、泊松比、缺口深度、缺口张角对缺口尖端奇异应力场的影响,获得了一定范围内各种参数变化对缺口尖端奇异应力场的影响规律,为异体材料形成的V型缺口在应力断料中的应用提供了必要的参考依据.     

含孔边非均匀材料圆环的无限大薄板的应力集中系数

对于含圆孔及孔边非均匀材料圆环的无限大薄板，假设非均匀材料的弹性模量沿径向按照指数函数变化，而泊松比为常数，分别导出了双轴拉伸和纯剪切作用时孔边及界面处的应力集中系数的解析解．通过数值算例详细分析了非均匀材料圆环的弹性模量的变化对无限大薄板的孔边及界面处的应力集中系数的影响．研究结果表明，合理选择孔边非均匀材料圆环的材料性能变化参数可有效地缓解薄板的孔边应力集中程度．本文的研究结果可为含圆孔的薄板的设计提供一定的参考．     

带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹应力强度因子的研究

用三维光弹性冻结应力实验技术与修正的多点超定法相结合研究了带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹的应力强度因子。分析了不同过渡圆弧的应力集中对两种表面裂纹(半圆形表面裂纹与前缘直线表面裂纹)的影响。用实验方法得到了应力强度因子放大系数的数值.结果表明,应力集中对浅裂纹的影响是更大的,是不可忽视的,但放大系数随表面裂纹的几何形状变化很小。这些对管节点的断裂力学评估提供了有价值的实验依据.     

孔洞对平面裂纹应力强度因子影响分析的广义参数Williams单元

本文采用圆形奇异区广义参数Williams单元（W单元）建立了中心裂纹与圆孔共存的平面应力模型,奇异区外围利用ABAQUS有限元软件自动网格离散技术与FORTRAN95编程前处理相结合,克服了自主编程中网格离散的局限性．算例分析了圆孔位置和几何参数对I-II混合型裂纹尖端应力强度因子(SIFs)的影响,并与扩展有限元法(XFEM)计算结果进行比较．结果表明：靠近圆孔一侧的裂尖SIFs大于远离圆孔一侧的裂尖SIFs;控制圆孔左边缘到裂纹中心的距离,则两侧裂尖SIFs随圆孔半径的增大而增大;圆孔中心与裂纹中心水平距离越远,圆孔对裂纹扩展的影响越小．同时,基于圆形奇异区的W单元直接计算得到的裂尖SIFs与扩展有限元法得到的解吻合较好,证明了W单元对奇异区离散形状不敏感,且具有高效率和高精度．     

Generalized Stress Concentration Factors for Equilibrated Forces and Stresses

As a sequel to a recent work we consider the generalized stress concentration factor, a purely geometric property of a body that for the various loadings indicates the ratio between the maximum of the optimal stress and maximum of the loading fields. The optimal stress concentration factor pertains to a stress field that satisfies the principle of virtual work and for which the stress concentration factor is minimal. Unlike the previous work, we require that the external loading be equilibrated and that the stress field be a symmetric tensor field.     

求解含钝裂纹体应力场的扩展单元方法

本文基于钝裂纹端部位移场的渐近解和等参元构造方法,开发了一种新的适合钝裂纹端部应力场计算的扩展单元法,为了消除不同单元间的位移不协调又在扩展单元的基础上提出过渡单元.和常规的等参元相比,扩展单元除了以节点位移为待求未知量外,它们额外增加了Ⅰ型和Ⅱ型广义应力强度因子作为未知量.根据这个理论我们编制了有限元的程序并计算了算例,算例表明,在网格较大的情况下,与常规等参元计算方案相比,扩展单元和过渡单元法更好地接近理论值,它具有计算精度高、减少缺陷附近的单元数量和计算时间等优点.     

一种测试动态应力集中的灰色建模方法

将灰色系统方法理论中的GM（1,1）模型,应用于动态应力集中测试的数据处理,根据应力集中处附近的应变测试值,能方便地求出应力集中处的最大应变值。结果表明,该方法简单,预测精度较高,应用方便。