超弹性镍钛形状记忆合金单轴相变棘轮行为的宏观唯象本构模型

超弹性镍钛形状记忆合金因其良好的力学性能以及独特的超弹性和形状记忆效应已广泛应用于土木工程、航空航天和生物医疗等多个领域,在实际服役环境中超弹性镍钛合金元件不可避免地会承受不同应力水平的循环载荷作用,亟待建立描述相变棘轮行为(即峰值应变和谷值应变随着正相变和逆相变循环的进行不断累积)的循环本构模型.为此,基于已有的超弹性镍钛形状记忆合金在不同峰值应力下的单轴相变棘轮行为实验研究结果,在广义黏塑性框架下,对Graesser等提出的通过背应力非线性演化方程反映超弹性镍钛形状记忆合金超弹性行为的一维宏观唯像本构模型进行了拓展,考虑了正相变和逆相变过程中特征变量的差异及其随循环的演化,以非弹性应变的累积量为内变量引入了正相变开始应力、逆相变开始应力、相变应变和残余应变的演化方程,同时通过峰值应力与正相变完成应力的比值来确定演化方程中的相关系数,建立了描述超弹性镍钛合金单轴相变棘轮行为的本构模型.将模拟结果与对应的实验结果进行对比发现,建立的宏观唯像本构模型能够合理地描述超弹性镍钛形状记忆合金的单轴相变棘轮行为及其峰值应力依赖性,模型的预测结果和实验结果吻合得很好.     

激励设计中棘轮效应的分析

棘轮效应是委托代理关系中委托人与代理人追求目标发生冲突时产生的一种现象。借用单阶段静态分析和双阶段动态分析,认为产生这种现象的根源在于两者的信息不对称,委托人难于观察代理人的努力程度,企业经营的不确定因素多而复杂,委托人和代理人无法达成长期一致的激励合同,得出棘轮效应的大小由企业风险和代理人风险规避程度来决定的结论。     

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棘轮是一种常见的机械机构,它的部件由刚体组成,目的是实现部件的单向运动,图1所示的棘轮机构可以保证齿轮只能沿逆时针方向旋转,它是构成棘轮扳手的主要部件.我国东汉时期已有不同形状和用途的齿轮和齿轮系,其中包括各种棘轮,被使用在天文仪器中.     

非稳态纯滚动接触弹塑性分析

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.     

带接头管道在内压与循环载荷作用下的棘轮行为研究

液压管道在服役过程中受内压和循环弯曲载荷的共同作用．管道经常处于非比例循环加载状态,尤其是在管道接头位置处,容易产生棘轮行为,对管道的服役寿命有不利影响．因此,本文采用充液管道悬臂弯曲加载方式,对管道在接头位置处的棘轮响应进行研究。首先通过管材实验确定了材料的非线性等向/随动强化模型参数,并通过应变的实验测量结果与数值仿真结果的比较,验证了本构模型的有效性,然后建立了悬臂管道的有限元模型,模拟分析内压水平,内压小幅脉动,管道壁厚等因素对管道棘轮行为的影响．通过对带接头管道棘轮行为的研究分析,为进一步完善液压管道的设计,提高液压管道的可靠性,提供一定的理论基础．     

在非绝热记忆棘轮中信号与噪声耦合控制流

建立了一个研究布朗马达输运的非绝热和记忆棘轮模型,即用一个外部非偏压周期力去驱动一个处于记忆阻尼环境和内部简谐噪声作用下的布朗粒子,在非对称周期势中产生定向流.结果表明:随着内噪声频率的变化,粒子流发生反转且负向极大流所对应的外部信号频率也随之不同,则粒子流的方向和大小是由外部信号和内部噪声相互耦合控制的,这是一种动力学共振.     

空间非均匀摩擦棘轮的输运性能

本文研究了耦合布朗粒子在空间非均匀摩擦环境下的定向输运问题,并进一步讨论了摩擦系数振幅、空间相位差等因素对耦合粒子质心平均速度及能量转化效率的影响.研究发现,耦合粒子的质心平均速度和能量转化效率随摩擦系数振幅的变化都能呈现多峰结构.这一结果表明摩擦阻尼并不总是阻碍布朗粒子的定向运动,一定条件下合适的摩擦环境还能多次增强耦合布朗棘轮的输运性能.此外,在小摩擦系数振幅条件下通过改变外力振幅、外势不对称度、空间相位差还能诱导摩擦棘轮流反转的产生.本文所得结论不仅有助于理解摩擦环境中耦合布朗粒子的输运性能,还可为微观纳米机器的设计与粒子的筛选分离技术提供理论指导.     

基于A-V模型的改进模型及单轴棘轮效应预测

针对A-V模型预测材料棘轮效应初始阶段不理想的缺点，对其参数γ₂进行了修正，同时引入Ramberg-Osgood(R-O)模型和各向同性硬化来计算应力-应变曲线，并确定了A-V模型的材料参数，建立了一种用来描述材料循环塑性行为的改进A-V模型.通过采用改进的A-V模型对Z2CND18.12N奥氏体不锈钢和SS316L钢的单轴棘轮效应进行了预测，并研究了平均应力、应力幅值、应力比和加载历史对单轴棘轮效应的影响.结果表明，改进的A-V模型对材料的棘轮应变预测值与试验值较为一致.     

分子尺度不对称体系中热噪声引发的单向输运

不对称体系中的单向输运现象广泛存在于自然界中,宏观理论认为,体系的空间反演不对称性和有一定自相关时间的外加振动是引发单向运动的两个必要条件,因而一般认为,在分子尺度的不对称体系中,仅有热噪声也还是不会引发单向运动的。随着实验技术和计算手段的发展,有迹象表明,在分子尺度的不对称体系中,即使没有外加振动也会有单向运动产生。文章介绍在分子尺度由体系热噪声引发的不对称体系中,单向输运的理论进展,以及产生这种单向输运的条件。     

棘轮安定曲线在不锈钢压力容器应变强化技术中的应用

应变强化是不锈钢压力容器结构实现轻型化的重要途径,而应变强化内压的确定则是应变强化技术的核心。为了能够更准确有效地达到结构应变强化的目的,对循环加载的应变强化方式进行了研究。通过304不锈钢材料的室温单轴棘轮试验,建立了应力比R0条件下的棘轮安定曲线。根据Mises等效原理,利用该曲线通过一次弹塑性有限元分析直接获得结构在循环载荷作用下的强化内压和产生的塑性应变,与试验结果吻合较好,说明运用循环加载的应变强化方式可以有效地达到应变强化的目的。在达到相同的应变强化程度要求下,该方法降低了强化内压,因此可以减小过载加压的风险。