狭缝光栅自由立体显示器立体可视区域的研究

提出了反映观察区域某一点是否是合适的立体观察点立体图像质量因子的概念.根据狭缝光栅自由立体显示器的结构和工作原理并应用几何光学知识,分析得出了立体图像质量因子的计算公式,并给出了立体显示器的立体图像质量因子的计算结果.通过定义立体图像质量因子的阈值,得到狭缝光栅自由立体显示器的立体可视区域.     

逆向环形分布射流迴流特性的数值计算

数值计算表明,逆向多环形分布射流可造成颗粒能直接进入,并能进行强烈的动量、能量交換的理想的迴流区结构。多环形结构可在大范围內造成所需尺寸的迴流区。逆向射流和主流速度比、环直径、射流直径和孔数、环的结构形式及离燃烧室进口的距离是影响迴流特性的主要参数。     

精确计算Bingham流体圆管层流压降及速度分布规律的新方法

Bingham(宾汉)模型情况下,多采用通用公式进行圆管层流压降的解析计算,即将Bingham模型本构方程代入粘性流体圆管层流流动通用公式进行计算,仅能得到压降的解析解.新方法结合Bingham流体本构方程与运动方程,建立有关力学平衡方程,并运用代数方程的根式解理论对圆管层流流动时的非线性方程进行求解,可直接求得Bingham流体圆管层流压降及速度流核区半径的解析解,进一步可求得圆管层流速度解析解;Bingham流体圆管层流速度的直接影响因素为流量、塑性粘度和屈服值,研究发现速度流核宽度与屈服值成正比,与流量及塑性粘度成反比,且流核的宽度越大,流核区的速度越小.     

反平面裂纹在裂纹自由表面附近的弹塑性分析

裂纹自由面附近的弹塑性场和弹塑性边界是裂纹弹塑性分析的重要内容,但现有的方法难以对其进行有效描述．该文发展了裂纹线场分析方法的研究思路,将裂纹面视为裂纹线的拓展部分,对理想弹塑性Ⅲ型裂纹进行了裂纹面附近弹塑性场的分析,得出了裂纹面附近弹塑性应力场、塑性区长度和弹塑性边界的单位法向量．分析结果表明,可放弃传统的小范围屈服条件．     

粘聚律的分离功分析以及一种一致关联粘聚律

在粘聚元或者粘聚域模型中,能够预测混合失效模式（mixed mode）的粘聚律是通过关联界面的法向分离和切向分离来建立的．考虑完全剪切失效机制的Xu-Needleman粘聚律是目前文献中应用最多的关联粘聚律之一．基于该文提出的粘聚律一致关联准则,采用界面分离功分析法,证明了考虑剪切失效机制的Xu-Needleman粘聚律在混合失效模式下,属于非一致关联粘聚律．理论分析证明,考虑剪切失效的Xu-Needleman粘聚律仅在界面的法向分离功与切向分离功相等的情况下能够正确刻画混合失效模式．基于粘聚律一致关联准则,在考虑剪切失效的Xu-Needleman粘聚律的基础上,进行修正提出一种一致关联粘聚律（CCC）．分析证明,这种修正的一致关联粘聚律克服了原有Xu-Needleman粘聚律非一致关联的弊端,能够更好刻画混合失效模式下的破坏行为．     

适合裂尖穿越界面行为分析的断裂模拟方法研究

分析了线弹性断裂力学在模拟裂尖垂直穿越弹性界面行为时存在的理论缺陷;对理想化的层状弹性材料,采用内聚力模型研究了界面前方材料的内聚强度对裂尖穿越界面行为的影响;根据有限元计算结果,讨论了内聚力模型与线弹性断裂力学在模拟裂纹垂直于界面扩展时的差别.计算结果显示,界面前方材料的内聚强度大小对裂尖穿越界面行为有重要影响,是导致内聚力模型与线弹性断裂力学模型计算结果差异的关键因素.计算结果分析表明：研究复杂材料中裂纹扩展行为时,不仅需要一个基于能量的断裂准则,还需要补加一个强度准则,内聚力模型在理论上符合这一要求.     

固体结构损伤破坏统一相场理论、算法和应用

固体开裂引起的损伤和断裂是工程材料和结构最为普遍的破坏形式. 为了防止这种破坏, 结构设计首先必须了解裂缝在固体内如何萌生、扩展、分叉、汇聚甚至破碎; 更重要的是, 还需要准确量化这些裂缝演化过程对于结构完整性和安全性降低的不利影响. 针对上述固体结构损伤破坏问题, 本工作系统地介绍了笔者提出的统一相场理论、算法及其应用. 作为一种裂缝正则化变分方法, 统一相场理论将基于强度的裂缝起裂准则、基于能量的裂缝扩展准则以及满足变分原理的裂缝路径判据纳入同一框架内. 不仅常用的脆性断裂相场模型是该理论的特例, 还自然地给出了一类同时适用于脆性断裂和准脆性破坏的相场正则化内聚裂缝模型即 PF-CZM. 该模型非常便于通过有限元等方法加以数值实现; 为了求解有限元空间离散后得到的非线性方程组, 还介绍了几种常用的数值算法, 其中整体BFGS拟牛顿迭代算法的计算效率最高. 静力、动力和多场耦合条件下若干二维和三维代表性算例表明: 相场正则化内聚裂缝模型 PF-CZM能够高精度地再现复杂裂缝演化导致的脆性和准脆性固体损伤破坏; 特别是, 所有情况下, 模型的数值结果不依赖于裂缝尺度参数和有限元网格. 因此, 该模型具有相当好的预测能力, 有望在工程结构的损伤破坏分析方面发挥重要作用. 最后建议了若干值得进一步开展的研究课题.     

构元组集损伤断裂模型及其与内聚区模型的比较

结构的响应实质上是材料的响应,宏观结构损伤至断裂的发展过程也是材料性质不断演化的结果.构元组集模型从材料的微观物理变形机制出发,基于对泛函势理论和Cauchy-Born准则,抽象出两种构元:弹簧束构元和体积构元.在微观层次上,结构损伤和断裂的实质都是原子间键合力减弱和丧失的结果,而弹簧束构元是同一方向上的原子键的抽象,因此损伤可以通过弹簧束构元的响应曲线来反映.组集两种构元的响应,建立了材料的弹性损伤本构关系,从而能一致描述材料从弹性到损伤、破坏的发展过程.将构元组集模型的本构关系嵌入ABAQUS的用户材料单元子程序UMAT,实现对结构响应的数值模拟.论文模拟了包含中心预制裂纹三点弯曲梁的裂纹扩展过程,并与内聚区模型比较,给出了内聚区模型所假设的应力-位移关系曲线,并从材料损伤演化的角度对材料裂纹扩展过程做出了物理解释.