爆炸荷载作用下方形夹芯板动力学响应与优化设计数值分析

为研究方形蜂窝铝板在爆炸荷载作用下的动力学响应,基于LS-DYNA非线性有限元软件,建立了TNT炸药-前后面板-蜂窝夹芯-空气的三维有限元模型。采用ALE(任意的拉格朗日欧拉)多物质流固耦合算法分析了蜂窝铝板在冲击荷载作用下的变形机理、塑性变形、能量吸收以及结构的优化。数值模拟结果表明:随着面板厚度、核心高度的增加,蜂窝铝板在冲击荷载作用下的塑性变形明显减小,抵抗变形的能力增强;随着爆轰入射角度的增加,结构的破坏程度有所减小,入射角越大这种效果越发明显。对结构给定边长和受冲击面积以及面板厚度配合比、夹芯量纲为一的高度进行了局部的优化分析,为设计优质铝蜂窝板提供参考。     

磨削粗糙表面法向接触刚度研究

为更加准确地描述机械磨削表面的接触刚度,本文在现有统计分析理论的基础上,提出了一种新的粗糙表面接触模型。模型针对接触表面微凸体形貌,将原有的球体假设采用cos函数曲线回转体代替,在假设形貌的基础上重新解算了微凸体弹塑性变形的临界压入深度,推导出了接触区域真实接触压力与接触刚度关系表达式。通过数值仿真方法得到了不同塑性指数下平均距离、接触刚度与接触压力之间的变化关系。对比结果显示,随着塑性指数的增大,本文模型的平均距离与球形模型的平均距离之间的差值逐渐增大。在接触刚度方面,本文模型相比球形模型更加贴近实验结果,并且随着塑性指数的增加,球形模型与本文模型之间的差值越来越大。本文模型结果与实验数据的相对偏差能够控制在5%以内,从而验证了本文模型的正确性,为更加准确地描述磨削表面零件的接触行为提供理论基础。     

大尺寸液桥热毛细对流失稳性地面实验研究

开展大尺寸液桥浮力-热毛细对流地面实验, 探究流场转捩的临界条件及临界状态附近的流动情况. 通过粒子图像测速方法(PIV) 获得流体速度场, 研究液桥内部定常和转捩后的流场结构以及流体运动规律;并用红外热像仪测量液桥自由面温度分布, 研究流体流动的时空演化和温度振荡. 实验发现大尺寸半浮区液桥浮力-热毛细对流临界值与几何参数有关, 在大普朗特(Prandtl) 数情况下, 流场存在由稳定态向不稳定态再到混沌的转捩过程, 在临界马兰哥尼(Marangoni) 数附近, 流场内会出现行波现象, 流动模式也会随高径比的变化而发生变化;当继续增大马兰哥尼数, 流动会进入混沌状态.      

Headgroup effect on drag reduction and rheological properties of micellar solutions of quaternary ammonium surfactants

Two sets of cationic surfactants each with essentially the same alkyl chains but different headgroup structures were studied to investigate the effects of surfactant headgroup structure on micelle microstructures, drag reduction (DR) and rheological properties at certain counterion and surfactant concentrations. Cetyldimethylethylammonium bromide (CDMEAB) was compared with alkyltrimethyl ammonium bromide (CnTAB) and benzyldimethyl(hydrogenated tallow)ammonium chloride (DMHTB) was compared with alkyltrimethylammonium chloride (CmTAC), respectively. Surfactants with larger headgroups showed lower high temperature limits for DR. CDMEAB systems have better DR abilities than CnTAB below room temperature but the opposite is true at higher temperatures. DMHTB has stronger counterion binding ability than CmTAC, giving better DR properties than CmTAC at low counterion concentration, but has a lower upper temperature limit for DR. These results provide further understanding of the self-assembly nature of threadlike micelles of cationic surfactants and guidance for design of effective surfactant structures to meet particular DR requirements.     

非饱和固化淤泥的力学及体变特性试验研究

由于降雨、水位升降等自然因素,固化淤泥作为填土材料使用时,其饱和度(基质吸力)常处于变动状态,使固化淤泥力学及体变特性发生改变,对土工构筑物的安全带来潜在隐患.鉴于此,本文通过对不同基质吸力、净围压下的三轴固结排水剪切试验,探讨了基质吸力和净围压对非饱和固化淤泥力学及体变特性的影响.结果表明:随着净围压增大,基质吸力的...     

Analytic solutions of a class of nonlinear partial differential equations

An approach is presented for computing the adjoint operator vector of a class of nonlinear （that is, partial-nonlinear） operator matrices by using the properties of conjugate operators to generalize a previous method proposed by the author. A unified theory is then given to solve a class of nonlinear （partial-nonlinear and including all linear） and non-homogeneous differential equations with a mathematical mechanization method. In other words, a transformation is constructed by homogenization and triangulation, which reduces the original system to a simpler diagonal system. Applications are given to solve some elasticity equations.     

钝圆柱头质量对简支梁的弹性次碰撞研究

该文采用赫兹碰撞理论、三维动力有限元方法和自行研制的次碰撞实验装置,研究了钝圆柱头质量一次坠落碰撞简支钢梁过程的次碰撞现象、次碰撞过程的持续时间和次碰撞发生的条件.实验测试和数值模拟均清楚地观察到了复杂的次碰撞现象.研究结果表明:(1)当梁初始处于静止状态时,将实验测试和数值模拟结果与理论分析结果对比后发现,首个次碰撞过程由局部接触变形主导,并可以采用Hertz弹性碰撞理论来描述;(2)实验和数值模拟结果展现了与首个次碰撞过程特征迥异的后续次碰撞过程,后续次碰撞过程的持续时间出现大范围的随机变化;(3)进一步分析发现,后续次碰撞过程由局部接触变形和梁的整体变形运动共同主导,梁的整体变形运动使得碰撞力响应变得异常复杂;(4)通过数值计算结果发现,当出现次碰撞现象时,碰撞位移响应中的一阶模态幅值占比会突然降低,相位角发生明显的变化;(5)数值计算结果表明,次碰撞发生的条件与质量比、碰撞初速度、碰撞动量、碰撞位置、测试梁长度和厚度等有关;(6)次碰撞发生的条件若用质量比来度量,则发现存在一个质量比阀值.上述研究表明,局部接触变形和梁的整体变形运动相互作用,产生了复杂的耦合效应,使得次碰撞现象呈现了丰富的力学行为.因此,进一步通过理论、实验和数值仿真研究复杂的次碰撞现象,对于深入理解柔性结构的碰撞行为很有必要.     

多节拍器耦合系统的动力学建模与分析——动量(矩)定理的应用

应用质点系的动量定理和相对动点的动量矩定理,建立了多个节拍器耦合系统的动力学方程.通过数值仿真,分析了其同步现象,并通过实验给予了验证.该问题可用于理论力学课堂教学,丰富教学内容,增强学生理论联系实际的能力.     

轴对称薄壁结构自由振动的边界元分析

采用双互易法分析薄壁轴对称结构自由振动的特征频率以及特征模态.首先,采用径向基函数插值域积分里的位移,利用双互易法将域积分转化为子午面边界的积分.然后,将边界物理量、基本解和特解展开为傅里叶级数,沿环向积分后得到的边界积分方程可用于轴对称结构带体积力问题和受非对称载荷的动力学分析,其积分域为轴对称结构子午面边界上的线积分,进一步降低了问题的维度和离散的难度.文章详细探讨了源点处于对称轴的特殊情况,根据基本解和特解的退化形式,针对无体积力和有体积力分别给出了处理奇异矩阵的方案.对于薄壁结构,采用双曲正弦变换处理近奇异积分有效提高积分精度.最后将双互易法和双曲正弦变化应用于薄壁轴对称结构带体积力的静力学和自由振动分析.数值结果表明,文章提出的处理奇异矩阵的方法能够有效处理源点处于对称轴的情况;当圆筒厚高比为$10^{-3}$,边界元计算的特征频率的相对误差为$10^{-3}$,且优于有限元的结果.      

二硫化钼表面氧化行为的研究（Ⅱ）─—二硫化钼摩擦表面氧化与电子转移的研究

利用电子自旋共振谱和Ｘ射线光电子能谱研究了二硫化钼ＭｏＳ＿２摩擦表面的氧化和电子转移，发现ＭｏＳ＿２在摩擦过程中是以Ｍｏ￣（４＋）经由Ｍｏ￣（５＋）过渡态继而与氧作用生成稳定的Ｍｏ￣（６＋），并且是以ＭｏＯ＿３的形式存在，证明ＭｏＳ＿２的摩擦表面除有一般认为的Ｍｏ￣（４＋）和Ｍｏ￣（６＋）这两种化学状态以外，还有Ｍｏ￣（５＋）自由基离子这种从未发现的的中间态。Ｍｏ￣（５＋）是４ｄ￣１电子构型，其在室温下于空气或氧气中是稳定的，然而在摩擦环境或添加剂的作用下，Ｍｏ￣（５＋）所含不成对电子很容易发生转移而生成Ｍｏ￣（６＋），这种研究结果更加深入地揭示了ＭｏＳ＿２摩擦表面氧化过程的复杂性，因此，应当从摩擦化学角度重新认识ＭｏＳ＿２摩擦氧化产物及其形成机制，这于研究摩擦环境和添加剂对润滑剂的抗氧化协同效应具有重要意义。