Nonlinear Mechanical Response of Polymer Matrix Composites: A Review

Abstract

The present article provides a review on the nonlinear mechanical behavior of polymer matrix composites (PMCs). Initially, essential mechanisms driving the nonlinear response of PMCs under different loading conditions are discussed. Rate-dependence, tension-compression asymmetry, viscous behavior, unloading characteristics, interaction between stress components and effects of environmental factors on mechanical properties are briefly reviewed. This is followed by a review of major approaches and constitutive models for predicting stress–strain behavior of PMCs. Following an increasing degree of complexity, models are categorized into four major classes: nonlinear elasticity models, elastic-plastic models, elastic-plastic-viscous models and Damage-Plasticity models. The vast number of existing models is mainly due to the anisotropy and inhomogeneity of PMCs. In brief, this review focuses on informing the reader of major frameworks, rather than addressing all the models in detail.     

Third-order Nonlinear Optical Properties of Octa-substituted Metal-free Phthalocyanine Thin Films

Third-order nonlinear optical susceptibility, χ⁽³⁾ of symmetrically octa-substituted metal-free phthalocyanine thin films measured by the third-harmonic generation technique are reported. The metal-free phthalocyanine has been found to show a χ⁽³⁾ (−3ω; ω,ω, ω) value as large as 7.73×10⁻¹² esu at 1.80 μm. The figure of merit, χ⁽³⁾/α, was estimated to be 4.17×10¹⁷ esu cm at 1.05 μm and 6.97×10¹⁶ esu cm at 1.65 μm. Both linear and third-order optical properties of liquid-crystalline metal-free phthalocyanines are discussed     

飞行器参数辨识的一种演化计算方法

将混合遗传算法应用于飞行器气动参数辨识。该方法结合了遗传算法的全局寻优能力和极大似然法的局部寻优能力,使得混合遗传算法不受极大似然法初值选取的影响,同时也解决了遗传算法收敛速度慢和收敛精度较低的问题。在混合遗传算法寻优过程中,仅对最优个体和变异后的个体执行局部寻优操作,从而使得混合遗传算法的计算量维持在一个适当的水平。最后,一个飞行器纵向模型气动参数的辨识仿真表明：混合遗传算法的收敛性和精度都远高于没有采用局部寻优策略的遗传算法。     

空间磁化等离子体非线性受激电磁辐射进展

电磁波和磁化等离子体的非线性相互作用复杂,高功率电磁波调控电离层实验提供了研究非线性基本问题的主动方式.为构建空间磁化等离子体受激电磁辐射(stimulated electromagnetic emissions,SEEs)体系,本文首先总结了磁化等离子体中可能发生的参量不稳定性;其次,回顾了近十年国际电离层加热激发S...     

Dust-Acoustic Nonlinear Waves in a Nanoparticle Fraction of Ultracold (2K) Multicomponent Dusty Plasma

The nonlinear dust-acoustic instability in the condensed submicron fraction of dust particles in the low-pressure glow discharge at ultra-low temperatures is experimentally and theoretically investigated. The main discharge parameters are estimated on the basisof the dust-acoustic wave analysis. In particular, the temperature and density of ions, as well as the Debye radius, are determined. It is shown that the ion temperature exceeds the temperature of the neutral gas. The drift characteristics of all plasma fractions are estimated. The reasons for the instability excitation are considered.     

基于夹层氮化硅波导的可见-中红外超连续谱特性研究

提出一种低厚度氮化硅-蓝宝石-氮化硅夹层波导结构。利用其色散波辐射现象和中红外相位匹配条件,结合波导脉冲传输模型,讨论了夹层波导不同物理尺寸对相位匹配点和光谱展宽的影响,数值模拟获得了0.5~4 μm的超连续谱展宽,并且在-40 dB水平下具有更远中红外色散波产生。通过该模型,详细解释了非线性波导脉冲传输的潜在机制。理论模型分析表明,通过优化氮化硅及蓝宝石夹层的物理尺寸,进而改变相位匹配条件,可以在较宽的波长范围内控制色散波的位置。     

两空间耦合下齿轮传动系统多稳态特性研究

通过将系统参数定义为参数变量, 构成参数空间,研究齿轮传动系统在参数空间和状态空间耦合下的非线性全局动力学特性,以及多参数、多初值和多稳态行为之间的关联特性.首先设计了一个两空间耦合下非线性系统多稳态行为的计算和辨识方法.其次,基于该方法并结合相图、Poincaré映射图、分岔图、最大Lyapunov指数、吸引域等,研究齿轮传动系统在不同参数平面上多稳态行为的存在区域和分布特性,以及多稳态行为在状态平面上的分布特性,揭示了参数平面和状态平面上系统可能隐藏的多稳态行为和分岔,并分析了多稳态行为的形成机理. 结果发现,两空间耦合下系统在参数平面上存在大量多稳态行为并呈"带状"分布, 状态平面上多稳态行为出现两种不同的侵蚀现象, 即内部侵蚀和边界侵蚀.分岔点或分岔曲线对初值的敏感性导致多稳态行为的出现.当齿侧间隙和误差波动在较小的范围内变化时,系统全局动力学特性受间隙和误差扰动的影响较小,受啮合频率的影响较大.两空间耦合下系统全局动力学特性变得丰富和复杂.      

乏燃料贮存格架跌落事故冲击分析和试验验证

乏燃料贮存格架是核电厂贮存乏燃料的重要设备,在满载条件下和地震/跌落事故中,都应保持稳定和安全状态．本文基于LS-DYNA对乏燃料贮存格架进行了跌落事故冲击分析,考虑了最重重物从可能最高处意外跌落的情况．分析时考虑了碰撞、几何大变形、材料非线性等非线性因素．分析发现,浅跌落情况下贮存格架变形较大,但为局部变形,冲击载荷不影响贮存格架的安全功能．深跌落情况下,组件跌落在支座上方时支座承受的载荷最大,并在许用载荷范围内．为确保核电厂安全性和可靠性,基于分析得到的现象,设计和开展了乏燃料贮存格架浅跌落和深跌落试验．试验采用了等比例贮存腔和真实燃料组件的管座．同时对试验件进行了跌落分析,并与试验结果进行了对比,验证了分析技术的保守性和准确性．掌握的分析技术可应用于所有压水堆核电站乏燃料贮存格架的跌落事故分析．     

基于多尺度方法的平动圆柱贮箱航天器刚——液耦合动力学研究

以充液航天器为工程背景,借助多尺度方法研究刚--液耦合动力学系统非线性动力学特性.利用多维模态方法,将描述横向外激励下圆柱贮箱中液体非线性晃动的自由边界问题转换为液体模态系数相互耦合的有限维非线性常微分方程组.推导液体晃动产生的作用于贮箱壁的晃动力和晃动力矩的解析表达式,进而建立航天器刚体部分平动和液体晃动耦合的非线性动力学方程组.应用多尺度方法对刚--液耦合系统的动力学特性进行解析分析,通过固有频率的特征方程求解耦合系统固有频率,推导外激励频率接近耦合系统第一阶固有频率时液体晃动稳态解的幅值频率响应方程.结合数值方法,研究了液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线和激励--幅值响应曲线.结果表明, 随充液比变化,液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线会发生软、硬弹簧特性转换现象和"跳跃"现象;幅值频率响应曲线的软、硬弹簧特性转换点受重力加速度和弹簧刚度系数影响;以上所得研究结果表明,考虑非线性效应时的刚--液耦合系统动力学特性与传统的线性系统模型所显示的动力学特性具有本质区别.本文的研究工作对进一步分析充液航天器刚--液耦合非线性动力学特性具有重要参考价值.