滑轮绳索系统中动态节点绳索单元

解除了传统有限元方法中单元节点与物质点固结的假设, 建立了空间点的速度和加速度与相应物质点的速度和加速度之间的数学关系, 强调了虚功率原理中出现的速度和加速度皆为物质速度和物质加速度. 在此基础上构造了单元节点既不与空间坐标固定也不与物质坐标固定的动态节点绳索单元. 根据滑轮绳索系统的特点, 选取绳索出入绳点的弧长坐标、出入绳角、面外摆角以及拉伸应变等空间参数描述了滑轮绳索系统的运动. 将绳索与滑轮以及绳索与卷筒之间的相互作用合理简化为物质速度间的约束条件, 避免了传统方法中接触力计算不收敛、效率低等缺点. 所提方法可精细求解绳索与滑轮间接触边界点位置和卷筒入绳点在卷筒上的运动、滑轮的中心和其连体基的运动、绳索出入滑轮和卷筒时空间方位的变化以及绳索上任意点的拉力变化等细节. 可为含绳索机械系统的力学分析提供新的理论基础. 所用的解除单元节点与物质点绑定的理论具有一定的普适性, 可为有限元方法的理论和应用提供参考.      

基于BP神经网络的V9-Cr4-Mo3高速钢冷轧辊磨损模型

利用自制轧辊模拟磨损试验机测试了6种不同碳含量的V9Cr4Mo3高速钢轧辊的磨损性能,利用BP神经网络建立了磨损量与碳含量和磨损时间的非线性关系模型．结果表明：良好训练的BP网络模型可以有效预测不同碳含量的V9Cr4Mo3高速钢轧辊的磨损性能．结果表明：碳含量约为2．58％时,高速钢基体组织主要为高硬度和高韧性的板条马氏体,可以有效抵御轧制过程中的疲劳和显微切削,耐磨性最佳;当碳含量过低时,高速钢基体为低硬度的铁素体,显微切削为轧辊的主要磨损机制,而碳含量过高时,其基体主要为韧性较差的片状马氏体,轧辊以疲劳磨损为主,二者均导致轧辊耐磨性下降．     

蜂窝夹芯试件破坏行为分析

通过平面拉伸试验和双悬臂梁试验研究了蜂窝夹芯试件的破坏行为. 在平面拉伸试验中, 发现的破坏模式不是预期的面芯界面脱胶破坏而是面板层间分层破坏;在双悬臂梁试验中, 发现了一种与以往文献报导中不同的破坏模式(面板层间分层,预制裂纹偏转和面板分层扩 展依次出现). 针对试验中所发现的新的破坏模式,结合粘结模型,建立了基于 蔡-希尔破坏准则和能量准则的计算模型. 模拟结果与试验结果对比发现,所建立 的计算模型能够很好地模拟所发现的破坏行为.     

基于EEMD和SVR的多自由度结构状态趋势预测

由于工程结构的复杂性和引起结构损伤原因的不确定性,结构早期微弱和潜在的损伤难以识别和预测。为此提出了基于聚类经验模式分解(EEMD)和支持向量机回归(SVR)的结构健康状态趋势预测方法。首先对多自由度结构渐进损伤的加速度振动信号进行聚类经验模式分解(EEMD);再进行希尔伯特变换(HT)计算瞬时频率;然后用回归支持向量机对反映结构健康状态的瞬时频率进行趋势预测。详细分析了各种参数对回归和预测精度的影响,提出了这些参数的选用方法和一般原则。研究表明:该方法具有训练样本少的特点;在采用二阶多项式核函数、回归步长m=3~5、误差惩罚因子C=100、敏感因子ε=0.01时,可以准确地和高精度地预测结构状态趋势,预测精度达到0.24781%。     

格子Boltzmann方法模拟自然对流作用下融化传热过程

建立自然对流作用下融化的格子Boltzmann双分布函数模型,根据非线性对流扩散方程的格子Boltzmann模型理论提出一个新的表征融化温度场的分布函数演化方程,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性传热问题.应用模型对热传导融化及自然对流融化特别固液变热物的融化过程进行模拟.模拟结果与分析解、经典的关联式结果吻合较好,模型的正确性得到了验证.模拟结果表明,自然对流对融化传热过程有着重要的影响,此外固相热传导也对融化传热、融化速率及固液两相温度分布都有一定影响.     

Au@SiO2/LaF3∶Ce,Tb复合结构的发光共振能量转移

发光共振能量转移(LRET)与给体?受体间的距离密切相关,可体现分子间距离的变化,在生命科学领域有着重要的应用. 本文设计并合成了Au@SiO2/LaF3:Ce,Tb复合纳米结构,研究了LaF3:Ce,Tb(给体)与Au纳米颗粒(受体)间的LRET行为. 通过调控SiO2层厚度,可以改变给体?受体之间的距离. 当SiO2层厚度增加到42 nm时,仍能观察到明显的LRET现象. 这一距离远超过通常荧光共振能量转移的有效范围,表明由长发光寿命的稀土发光纳米材料与金纳米颗粒形成的给体?受体对可在更大的距离上实现能量转移.     

基于自适应网格的材料渗透系数设计

采用基于单元(结点)密度为设计变量进行结构和材料的拓扑优化设计时,有限元网格的密度对优化设计有很大影响. 在以渗透系数为目标进行材料微结构设计时,为了较好地描述单胞中的流固边界,需要将单胞划分为很小的网格,进一步增加了有限元计算和优化分析的规模. 为了降低计算规模, 研究了基于自适应网格的逆均匀化方法,以最大化各向同性等效渗透系数为目标,进行材料微结构设计. 优化迭代过程中,对单胞中流固界面处的网格进行自适应加密,降低优化问题的计算规模. 采用这一算法,对不同初始密度分布得到的单胞优化结果虽然不同,但具有相同的材料微结构,一定程度上说明了该方法的有效性.      

特定方向"零膨胀"的最小柔顺性结构优化设计

工程中很多承载结构必须面对苛刻的温度变化工作环境,如卫星天线、太空照相机和电子器件等。剧烈的温度变化引起较大的热变形,造成仪器信号失真,精度下降;同时温度应力也会造成结构破坏甚至失效,因此零膨胀材料的研制备受关注。近年来国内外很多学者对此进行了研究,设计出具有特定等效膨胀系数的微结构,但考虑到制备工艺的限制,这类具有复杂微结构的材料制备起来比较困难,成本较高;同时这类材料一般不具备足够的刚度,难以满足承载性能的要求。本文基于结构优化设计技术,采用拓扑优化方法直接设计出具备较高的承载性能和特定方向变形较少受热载荷影响的结构。本文提出采用多目标优化的方法设计圆环结构,使其具有较高的刚度和在热载荷下圆环内表面具有较好的热几何稳定性。由于用单相材料无法同时满足高刚度和低热膨胀的要求,因此假设结构由两种不同的材料构成,用连续体拓扑优化的方法设计三相材料(两种实体材料MAT-I、MAT-II和空材料)在设计域上的最优分布,使结构满足设计要求。由对称性,设计域取为圆环的一个扇面,将设计域离散成有限元网格,每个单元具有两个设计变量:实体材料的体分比和MAT-I在实体材料中所占的体分比,采用伴随法进行灵敏度分析,用GCMMA方法求解此问题,采用体积守恒的Heaviside密度过滤函数保证获得清晰的最优拓扑构型以及避免棋盘格式的出现。通过两个数值算例,表明使用本文提出的多目标优化模型能够得到特定方向"零膨胀"同时具有一定刚度的结构设计,且这种宏观结构尺度上的两种材料组成的拓扑构型相对易于制造。     

一种便携式激光诱导荧光检测器的研制

基于共聚焦检测原理,自组装了一台便携式激光诱导光检测器,用于微型液相流动系统。精巧的目视观察校准装置使光学校准非常容易。以亚甲基蓝试剂作为检测物质对该系统性能进行了评价,在检测池直径0.25mm时,检测下限为0.2nmol/L,线性范围为10^3,性能达到了文献报道的水平。     

稀土纳米复合氧化物RE_2O_3∶Eu(RE=Y,Gd)的制备及特性

以甘氨酸辅助的燃烧法和非晶态稀土DTPA配合物前驱体热分解法制备了Y2 O3 ∶Eu和Gd2 O3 ∶Eu纳米材料。X射线衍射表明燃烧法和配合物前驱体热分解法制备的纳米Y2 O3 ∶Eu均为立方相 ,而Gd2 O3 ∶Eu纳米材料则随制备条件不同可得到立方相或单斜相两种产物 ,发射光谱证实了这一结论。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜对不同方法制备的纳米材料的尺寸、形貌也进行了表征