微粘结实验影响因素的边界元法分析

微粘结实验是一种新的简便的测量复合材料界面剪切强度的方法，本文运用数值方法－边界单元法，对一个实际试件进行了界面应力计算，讨论了材料常数，刀口宽度和新月尖角三种主要因素对界面应力分布可能产生的影响，从而为实验结果分析，实验方法改进和评估提供依据。     

边界吸收效应对非定常剪切弥散的影响

采用延迟扩散方程［７，９］描述了具有边界吸收条件下，非定常剪切流动中的剪切弥散特性．给出了记忆函数、中心位移函数的控制方程．特例分析结果表明：所采用的模型方程是合理的；边界吸收效应使得纵向浓度分布具有后倾的趋势．这主要是由于边界吸收使得低速强剪切区浓度减少，剪切弥散贡献减少，从而污染物对流速度高于断面的平均速度．     

摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法

摩擦接触问题是计算力学领域最具挑战性的问题之一,接触系统的泛函具有非线性、非光滑的特点,导致接触算法的收敛性与精确性难以保证.因此将比例边界等几何分析(scaled boundary isogeometric analysis,SBIGA)与B可微方程组(B dierential equation,BDE)相结合,提出了求解二维摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法.在比例边界等几何坐标变换的基础上,通过虚功原理推导了关于边界控制点变量的接触平衡方程,表示成B可微方程组形式的接触条件可被严格满足,求解B可微方程组的算法的收敛性有理论保证.此比例边界等几何B可微方程组方法(SBIGA-BDE)只需在接触体边界进行等几何离散,使问题降低一维,能精确描述接触边界,并可通过节点插入算法进行真实接触区域的识别.此外,由于几何建模和数值分析使用相同的基函数,节约了划分网格的时间.以赫兹接触问题和悬臂梁摩擦接触问题为例,通过与解析解及数值计算软件ANSYS计算结果进行对比,验证了该方法求解二维摩擦接触问题的有效性及高精度等特点.      

边界吸收效应对非定常剪切弥散的影响

采用延迟扩散方程［７，９］描述了具有边界吸收条件下，非定常剪切流动中的剪切弥散特性．给出了记忆函数、中心位移函数的控制方程．特例分析结果表明：所采用的模型方程是合理的；边界吸收效应使得纵向浓度分布具有后倾的趋势．这主要是由于边界吸收使得低速强剪切区浓度减少，剪切弥散贡献减少，从而污染物对流速度高于断面的平均速度．     

复合材料层合板静压痕接触的等效弹性模量

在复合材料层合板静压痕接触问题中,由于层合板接触区域的纤维走向发生了变化,导致沿厚度方向的弹性模量产生变化并随着凹坑深度的增加而增大。本文建立压头压入后的力学分析模型,得到了与凹坑深度相关的沿厚度方向的等效弹性模量;将等效弹性模量代入目前被广泛接受的修正Hertz接触理论,建立了新的接触力与凹坑深度的关系式。通过与静压痕试验中接触力和凹坑深度的关系进行比较,结果表明该接触关系式能较好地描述接触力和凹坑深度的关系。与文献修正理论相比,在压痕较小时,本文的修正结果较好。     

膜基组件微硬度量测的数值模拟

采用轴对称弹塑性有限元计算模拟了膜基组件的微硬度量测过程，得到了压头与膜体间无摩擦时组件的变形、塑性区和接触压力分布，针对Ａｌ／Ｓｉ与Ｓｉ／Ａｌ两种膜基组件得到了微硬度和压下量的关系曲线。     

InSb薄膜的剪切性能研究

InSb薄膜广泛应用于高精度的光电存储、红外探测等技术中.为了提高InSb材料的剪切强度,优化其力学性能,论文对InSb薄膜分别从不同厚度、温度、滑移系取向、孔洞密度等几个方面,对InSb薄膜的剪力响应及其原子构型演变进行分析,以研究其剪切强度和韧性的影响因素.发现厚度较大的薄膜具有更大的弹性模量和极限强度.而温度升高会导致材料的强度极限以及剪切韧性降低.同时还观察到10%孔洞密度下孔洞形状对材料的剪切性能有明显影响而20%孔洞密度下形状不再明显影响材料的剪切性能.此外在不同滑移系取向的研究中发现,滑移系取向对于材料的剪切强度和剪切韧性的影响是不同步的,例如(110)[1-10]滑移系下剪切强度降低而剪切韧性增强.上述结论对于提升InSb材料的剪切性能,合成出具有优异力学性能的InSb光电、磁敏材料具有指导意义.     

基于荧光漂白成像的润滑油膜剪切流速测量

沿润滑油膜厚度方向的剪切流速分布是影响机械部件润滑性能的重要因素.为此,搭建了基于荧光漂白成像的微间隙油膜剪切流速分布测量平台.通过对漂白区域形状演化过程进行图像分析,获得了微米量级间隙中的PB450和PAO6润滑油膜的剪切速度分布.结果表明:在设定测试条件下,厚度为8.5μm的PB450油膜沿膜厚方向的剪切流速近似为典型的线性分布,而相同厚度下的PAO6油膜流速分布表现为非线性塞流,界面附近油膜黏度较中层显著下降.研究还发现,同一滑动速度下,PAO6剪切流速偏离线性分布的程度随膜厚的降低而增加.经过比对分析,试验结果与流体动压润滑条件下的相关数据吻合.     

应力平衡和接触状态在Hopkinson杆测试聚合物动态弹性模量中的影响研究

针对用Hopkinson杆试验能否准确测量聚合物动态弹性模量以及其中主要影响因素的问题,本文基于重构试样初始加载阶段的应力波反射透射过程,分别计算了6个特征时间内的前三次反射波和透射波,得到试样的应力平衡度和试样的应力应变曲线。对于所研究的聚合物材料,通过比较重构的应力应变曲线的弹性模量与输入的材料弹性模量,发现在4个特征时间后,误差仅在3%左右。因此试样变形过程中的应力平衡与否不是材料在Hopkinson杆试验中弹性模量测不准的原因。通过环氧树脂试样试验发现,根据Hopkinson杆理论计算的应变结果要大于试样上应变片实测的结果,误差在11%左右。相应的数值模拟研究发现:试样和杆子端面接触状态直接决定着试样弹性模量测量的精度。关于惯性效应和压痕效应的研究也证实它们的影响是可以忽略的。     

溅射MOS_2膜和PTFE膜在边界润滑条件下的摩擦学性能之研究

本文对溅射二硫化钼(MoS_2)膜和聚四氟乙烯(PTFE)膜在边界润滑条件下的摩擦学性能进行了研究。结果表明,与未镀膜的轴承钢相比,这两种固体润滑膜都具有较好的抗粘着性和减摩性,以及对硬质颗粒良好的嵌入性,但在同样的负荷条件下,PTFE膜的磨损比MoS_2膜的轻微。     

弹性模量的发现历程

尽管弹性模量以英国科学家托马斯·杨（Thomas Young,1773—1829）的名义命名,被称为杨氏模量,然而,弹性模量的发现并非由托马斯·杨一人独立完成。本文通过文献梳理,重点分析了雅各布·伯努利（Jacob Bernoulli,1655—1705）、欧拉（Leonhard Euler,1707—1783）、里卡蒂（Giordano Riccati,1709—1790）、托马斯·杨、纳维（Claude-Louis Navier,1785—1836）等人在弹性模量发现过程中的贡献,通过勾勒弹性模量概念的发现历程,探索力学概念在其发展过程中的内在逻辑性。

     

关于蜂窝芯体面外等效剪切模量的讨论

对于六边形蜂窝芯体,其面内等效参数具有确定的解析式,便于应用;相比之下,对于面外等效剪切模量,现有工作只能给出其上下限,由于没有确定的取值,给工程计算带来了困扰。为克服这一矛盾,本文通过Y型蜂窝胞元,针对薄面板的情况,重新分析了芯材的面外等效剪切模量。针对直壁板与斜壁板厚度为1:1和2:1的情况,给出了近似的弹性力学解答,并由此确定出面外等效剪切模量的上限。本方法所确定的剪切模量的上限与文献给出的剪切模量的下限是相同的,从而使该模量也具有确定的解析表达式,方便了数值计算和分析。试验数据和有限元数值分析均验证了本文结论的正确性。     

确定裂纹体等效弹性模量的边界元方法

采用边界元方法计算含有序分布裂纹的裂纹体在压缩载荷作用下的等效弹性模量，利用一种能适当考虑裂纹有间相作用的自洽理论，建立了相应的迭代格式，通过算例研究了裂纹方向，裂纹面间摩擦系数对裂纹体等效弹性模量的影响。     

蜂窝夹芯剪切等效模量研究

蜂窝夹层轻型结构以其比强度、比刚度高,而在航空航天工程中被广泛采用．由于蜂窝形状、尺寸多样,使夹层结构设计、优化分析变得复杂,特别是蜂窝夹芯的剪切模量难以准确的等效计算．以薄板理论为基础采用有限元方法对单蜂窝分析的方法,获得蜂窝夹芯的剪切等效模量,与其它方法相比较,精度较高,与试验结果吻合较好．     

垂直沉积干燥薄膜的剪切模量粒径依赖研究

作者前期在关于胶体颗粒粒径对干燥薄膜的初始裂纹形成影响的研究论文中报道了:对于相同厚度薄膜的初始裂纹,其裂纹间距随颗粒粒径的增大而减小.本文从这一实验现象出发,针对垂直沉积干燥薄膜的剪切模量进行了进一步的理论分析.结果表明此薄膜的剪切模量同样具有粒径依赖的特性.同时,通过与颗粒聚集体材料剪切模量的粒径依赖性的比较,我们发现二者有所差异,这表明干燥薄膜的剪切模量不仅仅由其固相部分决定,其液相部分的影响不可忽视.     

缝纫复合材料层合板面内弹性模量分析

基于对缝纫孔附近局部细观结构的分析,提出了一种预测缝纫复合材料层合板面内力学性能的理论模型．从分析缝孔单胞的纤维弯曲几何特征入手,最终得到单向板及层合板的弹性常数．通过有限元分析研究了缝纫参数对复合材料层合板面内等效模量的影响．研究结果表明,缝纫造成单向板及层合板面内材料性质的不均匀,随着缝纫密度和缝纫线直径的增加,层合板的等效模量逐渐降低．     

考虑剪应变的弹性薄壁杆件的振动理论

对于开口截面彈性薄壁杆件的振动問題,符拉索夫在1940年提出的理論,是基于下列两个基本假設:(1)截面具有剛硬不可变形的周綫;(2)中曲面无剪应变。其后,有些学者也曾提出过相同的理論(例如.R.海里格).由于忽略了中曲面的剪应变,我們可以估計得到,符拉索夫的理論只适用于研究低频率的固有振动和強迫振动,而不适用于研究高频瘁的振动。由于行动載荷和冲击载荷必然引起各个固有频率的振动,因此符拉索夫的理論也不适用于研究这些載荷作用下的振动問題。为了要更好地研究这些問題,必須要考慮剪应变的影响。     

纳米夹杂复合材料的有效反平面剪切模量研究

基于Gurtin-Murdoch表面/界面理论模型,利用复变函数方法,获得了考虑夹杂界面应力时夹杂/基体/等效介质模型的全场精确解,发展了能够预测纳米夹杂复合材料有效反平面剪切模量的广义自洽方法,给出了复合材料有效反平面剪切模量的封闭形式解.数值结果显示:当夹杂尺寸在纳米量级时,复合材料的有效反平面剪切模量具有尺度相关性,随着夹杂尺寸的增大,论文结果趋近于经典弹性理论的预测值;夹杂尺寸对于有效反平面剪切模量(论文结果)的影响范围要小于其对有效体积模量与剪切模量(各向同性材料)的影响范围;有效反平面剪切模量受夹杂的界面性能和夹杂刚度影响显著.     

基于虚功原理的弹性接触问题的线性互补方法

在将接触条件表为具有惩罚因子的线性互补形式后，本文详细推导了适用于弹性接触问题的虚功方程，在此基础上，结合有限元离散技术，简捷地导出了一种求解有摩擦弹性接触问题的线性互补方法；这种方法不必迭代，在无卸载时，只要一个增量步即可求得解答，计算效率较高，文末通过实例，说明了方法的正确性及有效性。     

火炬松木材剪切弹性模量的测试研究

研究采用变跨距的三点弯曲方法测试10年生火炬松木材17号家系和50号家系的剪切弹性模量GLT,GLR值;用45°偏轴压缩法测量GRT值.测试结果表明,速生材火炬松的剪切弹性模量GLT,GLR,GRT都不高,在70-180 MPa之间,其中GRT最小;另外,整体上火炬松17家系的抗剪切性能优于50号家系.