考虑单元劈裂的流-固耦合连续-非连续方法及定向水力压裂模拟

为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律。通过与单一裂缝非稳态渗流模型及KGD模型的理论解进行对比,验证了该方法的正确性。由定向射孔水力压裂的模拟结果可以发现,(1)距离射孔越远,流体压力越小;随着时间的增加,裂缝中流体压力降低。(2)随着射孔角度的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力及转向距离增加;随着x方向水平应力的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力增加;两个方向水平应力之差越大,裂缝转向距离越小。(3)随着时间的增加,裂缝区段数目的增速变慢,这与裂缝体积增加变快有关。     

顶端受集中力偶的双材料平面界面接合楔体的对数奇异应力场

应用复变函数方法,通过构造复函数形式的特解序列,从理论上研究了顶端受集中力偶的双材料平面界面接合楔体的应力场,给出了相应的经典解,发现其存在一次和二次佯谬,相应的应力具有(Inr)／r2和(In2r)／r2的奇异性。     

雷诺应力对平均和脉动压力影响的数值模拟

采用增加雷诺应力边界条件方法考察了雷诺应力对流场的影响。当雷诺应力边界条件存在时,流场内平均和脉动压力的变化体现了雷诺应力的影响。本文首先在没有雷诺应力边界条件和有雷诺应力边界条件的情况下得到TTU低矮建筑标准模型表面的平均压力系数,结果表明:考虑雷诺应力可使建筑物表面的平均压力系数的绝对值增大。本文还利用Selvam提出的脉动压力系数数学模型,计算了TTU模型表面的脉动压力系数,并对计算结果进行了分析。     

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。     

The indenter tip radius effect in micro- and nanoindentation hardness experiments.

Nix and Gao established an important relation between the microindentation hardness and indentation depth. Such a relation has been verified by many microindentation experiments (indentation depths in the micrometer range), but it does not always hold in nanoindentation experiments (indentation depths approaching the nanometer range). Indenter tip radius effect has been proposed by Qu et al. and others as possibly the main factor that causes the deviation from Nix and Gao's relationship. We have developed an indentation model for micro- and nanoindentation, which accounts for two indenter shapes, a sharp, conical indenter and a conical indenter with a spherical tip. The analysis is based on the conventional theory of mechanism-based strain gradient plasticity established from the Taylor dislocation model to account for the effect of geometrically necessary dislocations. The comparison between numerical result and Feng and Nix's experimental data shows that the indenter tip radius effect indeed causes the deviation from Nix-Gao relation, but it seems not be the main factor. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10121202) and the Ministry of Education of China (20020003023)     

功能梯度双材料弱/微间断界面的冲击断裂分析

提出强间断、弱间断、微间断和全连续界面的概念与分类,建立功能梯度弹性双材料弱间断 界面冲击断裂问题的力学模型,采用积分变换法推导问题的Cauchy奇异积分方程,并用配 点法求得数值解. 分析表明,弱/微间断性对于FGMs界面裂纹应力强度因子有着重要影响, 而且微间断性是优于弱间断性的一种界面力学性能连接关系. 以FGMs界面某一侧 的力学性能函数在界面处的Taylor展开式的低阶项作为界面另一侧的力学性能函数,便可 以使FGMs界面成为``微间断'界面. 界面的一阶微间断对应力强度因子的减小作用较为明 显,而高阶(二阶及以上)微间断对应力强度因子的影响较小. 减小界面的弱间断程度或使 FGMs界面具备``微间断性',都将利于提高功能梯度双材料界面抗冲击断裂能力,在一定 程度上达到界面增韧的目的.     

卫星用复合材料压力容器力学特性研究

为了研究航天复合材料压力容器内衬与复合材料双层壳体的力学特性,通过优化复合材料网格理论算法,针对钛合金内衬(TC4)/碳纤维(T1000GB)缠绕柱形复合材料压力容器进行了应力应变特性分析.以纤维预紧应力为自变量,研究其对内衬/纤维双层壳体在预紧压力、工作压力、验证压力和爆破压力下应力的影响,提出了优化设计的解析解法,...     

微分求积法计算双材料反平面V形切口应力奇性指数

首次将微分求积法应用到工程断裂力学的研究领域,运用该方法计算了双材料反平面V形切口端部区域的应力奇性指数.首先基于弹性力学理论,将反平面V形切口端部应力奇性指数的计算转化为常微分方程组的特征值问题,再由微分求积法理论将常微分方程组的特征值问题转化为标准型广义代数方程组的特征值问题,由QR法可一次性计算出双材料反平面V形...     

基于有限元模拟的超声应力系数标定及分析*

应力系数的标定作为超声应力检测最为关键的环节,直接决定应力检测结果的准确性。传统的应力系数试验标定对于被测物的表面粗糙度、耦合剂厚度、声匹配块与被测物接触力等因素十分敏感,但缺少基本参照值。基于COMSOL建立多物理场耦合的超声应力检测模型,施加不同的拉伸载荷,计算临界折射纵波到达时间与不同应力值之间的关系,模拟标定45#钢的超声应力系数为13.7MPa/ns。单轴水平拉伸试验标定的45#钢应力系数为16.5MPa/ns。结果表明,通过两种方法标定的应力系数较为接近,试验标定的应力系数偏大,这是由于有限元方法能够消除试验过程中各种不确定因素对声时精确测量所造成的影响,能够更加纯粹的反映材料的声弹性效应,因此具有作为基础数据的参考价值。有限元方法作为传统试验方法的补充,可以减小试验标定数据的离散性,提高超声应力检测结果的可信度。