基于偶应力模型的连续体结构拓扑优化设计

经典连续介质理论不包含材料尺度参数,因而基于经典理论的结构拓扑优化无法显现尺度效应.本文在偶应力理论的框架下,构造了四节点四边形离散偶应力单元,将传统的SIMP方法推广至偶应力介质.结果表明,在以结构的最大刚度为目标的设计中,偶应力介质的最优结果取决于宏观结构尺寸与材料微结构尺寸(或者特征长度)的比值,最优结果具有明显的尺度效应,具体为,二者比值较大将产生与传统理论相似的结构,而二者比值相当则产生独特的偶应力主导的结构.     

具有初应力的1-3型压电复合材料的横向共振分析

1-3型压电复合材料在极化处理过程中会出现极化残余应力,基于线性压电理论,采用解析方法研究了极化残余应力对1-3型压电复合材料的横向共振模态的影响．首先建立含有初始应力的平面波波动方程,基于Bloch波函数理论构建了位移和电势函数,从而最终得到方程的解．数值结果表明初始残余应力的出现降低了复合材料的横向振动频率,而材料的压电性则使得横向振动频率提高．初始剪应力对对横向振动的频率影响较小,可以忽略．第一阶及第二阶振动频率将随着初始应力的大小呈线性变化．得出的结论对超声换能器的制作和研究将提供有意义的指导作用．     

线性分布载荷作用下功能梯度各向异性悬臂梁的解析解

对功能梯度各向异性弹性悬臂梁在线性分布载荷作用下的弯曲问题进行了研究．从平面应力问题的基本方程出发,假定应力函数为梁长度方向的多项式形式,由应力函数求导给出应力,利用协调方程和边界条件可完全确定应力函数．将解析解与有限元数值方法的结果进行了对比,两者吻合良好．     

光纤光栅传感器在大体积混凝土基础温度监测中的应用

光纤光栅传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、传输频带较宽、易于进行分布式测量等诸多其他传感器所不具备的优点,更适用于现场的长期健康监测。大体积混凝土在施工过程中的温度问题如处理不当将会引起混凝土开裂。利用温度计、热电耦等作为传感器的传统的检测手段已经大大的制约了数据的准确性与精度。寻求一种高精度温度检测手段已经成为用于现场结构监测的前提。本文结合具体的工程实例介绍了光纤光栅传感器在基础混凝土温度监测中的应用,介绍了监测系统的组成,传感器的构造和标定,并利用实测温度预测基础混凝土底板中温度应力,及时采取措施防止混凝土的开裂。     

分子束外延生长的InAs/GaAs自组织量子点发光特性

研究了分子束外延生长的覆盖了1nm的InxAl1-xAs(x=0.2,O.3)和3nm的Ino2Gao8As复合应力缓冲层InAs/GaAs自组织量子点(QD)光致发光(PL)特性.加InAlAs层后PL谱红移到1.33μm,室温下基态和第一激发态间的跃迁能级差增加到86meV.高In组份的InAlAs有利于获得较长波长和较窄的半高宽(FWHM).对于覆盖复合应力缓冲层的QD不会使波长和FWHM发生显著变化,但可以使基态和第一激发态间的能级差进一步增大.这些结果归因于InAlAs能够有效的抑制In的偏析,减少应力,使QD保持较高的高度.同时,由于InAlAs具有较高的限制势垒,可以增加基态和第一激发态间的能级差.     

平面弹性裂纹分析的一种有效边界元方法

提出了一种简单而有效的平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法．该方法由Crouch与Starfield建立的常位移不连续单元和闫相桥最近提出的裂尖位移不连续单元构成A·D2在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其它边界．算例(如单向拉伸无限大板中心裂纹、单向拉伸无限大板中圆孔与裂纹的作用)说明平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法是非常有效的．此外,还对双轴载荷作用下有限大板中方孔分支裂纹进行了分析．这一数值结果说明平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法对有限体中复杂裂纹的有效性,可以揭示双轴载荷及裂纹体几何对应力强度因子的影响．     

固壁近旁Stokes流中粘性液滴的运动和变形

发展了一种模拟固壁近旁轴对称Stokes流中粘性液滴的运动和变形及直接计算固壁上应力的边界积分方法．用此方法对不同的液滴-固壁初始相对间距、粘度比、表面张力和浮力联合参数以及环境流动参数情况进行了数值实验．数值结果显示,由于环境流动和浮力的作用,随着时间的推进,液滴在轴向压缩,在径向拉伸．当环境流动的作用弱于浮力作用时,随着时间的推移,液滴上升并向上弯,固壁上由液滴运动所引起的应力不断减小．当环境流动的作用强于浮力作用时,随着时间的推移,液滴变得越来越扁．在这种情形,当大初始间距时,壁面上的应力随液滴的演变而增大;当小初始间距时,由环境流动、浮力及壁面对流动的较强作用的联合影响,此应力随液滴的演变而减小．由于液滴运动所引起的壁面应力的有效作用仅限于对称轴附近的一个小范围内,且此范围随液滴与固壁的初始间距增大而增大．应力的大小随初始间距增大而大为减小．表面张力对液滴变形有阻止作用．液滴粘性会减小液滴的变形和位置迁移．     

聚苯乙烯泡沫应力-应变模型及吸能性能研究

试验研究了四种不同密度的聚苯乙烯EPS泡沫材料单轴压缩下的应力-应变关系。在Gibson模型和Rusch模型基础上建立了EPS泡沫单轴压缩下应力-应变关系模型,并对建立的模型中各参数分别进行了定义;通过对能量吸收图、吸能效率图、理想吸能效率图的分析表明:在0.687MPa<σ≤1.038MPa范围内,密度为55kg/m3的EPS泡沫吸收的能量最大,当σ>1.038MPa时,吸收的能量随密度的增加而增加;四种密度的泡沫(28kg/m3、40kg/m3、55kg/m3、70kg/m3)在吸能能力最佳时的应力分别为0.396MPa、0.565MPa、0.866MPa、1.222MPa;密度为55kg/m3的EPS泡沫最接近于理想吸能材料。     

与医用CT配套的便携式材料试验机的研制及其在混凝土损伤研究中的应用

混凝土内部细观裂纹的演化规律研究可以解释其动态特性和损伤破坏机理.X射线CT技术是无损探测混凝土内部细观裂纹萌生、扩展、贯通的有效手段.与医用CT配套的便携式材料试验机是进行混凝土CT试验的关键加载设备.本文概要介绍研制便携式材料试验机的研制过程.论述实现动态加载的几个关键技术问题,包括加载设备的便携式要求、加载波形显示、加载控制、试件安装和粘结技术等.经过试验,表明所研制的加载设备达到了使用要求.混凝土动力压缩条件下突发性裂纹的出现是其动态强度提高的原因之一.     

Boundary element analysis of interaction between an elastic rectangular inclusion and a crack

The interaction between an elastic rectangular inclusion and a kinked crack inan infinite elastic body was considered by using boundary element method. The new complexboundary integral equations were derived. By introducing a complex unknown function H(t)related to the interface displacement density and traction and applying integration by parts,the traction continuous condition was satisfied automatically. Only one complex boundaryintegral equation was obtained on interface and involves only singularity of order l/ r. Toverify the validity and effectiveness of the present boundary element method, some typicalexamples were calculated. The obtained results show that the crack stress intensity factorsdecrease as the shear modulus of inclusion increases. Thus, the crack propagation is easiernear a softer inclusion and the harder inclusion is helpful for crack arrest.