核级设备结构中基体夹杂界面应力计算分析

基于复变函数方法,研究了在反平面载荷下核级设备结构中基体夹杂界面应力分布。利用基体和夹杂在界面处的位移和应力连续边界条件,推导得到含复应力函数系数的线性方程组,求解该方程组获得基体和夹杂的界面应力。通过数值计算结果表明:夹杂形状、基体与夹杂剪切模量比值对界面环向应力和界面径向应力均有影响,为核级设备结构设计及工程应用提供理论参考。     

弹性半平面矩形夹杂基本单元解及其应用

工程材料中存在的夹杂通常会对基体材料的弹性场产生扰动,当夹杂位于表界面附近时,夹杂与表界面的相互作用往往导致问题的解析求解变得复杂、困难。推导了二维半平面基体中矩形夹杂所致位移和应力场的基本单元解,用于通过“离散-叠加”来求解半无限平面含任意形状夹杂的弹性场。与之相比,传统的有限元法需要在远大于夹杂尺寸的半无限大基体域上进行网格划分,并且需要在夹杂/基体界面处细化网格以满足计算精度要求。提出了半解析算法,基于矩形夹杂单元封闭解,只需对夹杂区域进行离散,可有效提高计算效率。以半平面基体中含正六边形和圆形夹杂为例,该方法与有限元软件得到的结果进行对比,验证了基于单元解的半解析数值算法的正确性与有效性。     

钢中近界面微区的形变与断裂Ⅰ-夹杂物与基体界面近区的形变与断裂

采用增量拉伸、表面复型及剖面金相技术，结合断口分析，揭示夹杂物与基体从相容形变残留内应力到不相容形变而发生夹杂物或其与基体界面断裂成孔洞，孔洞近邻基体局部形变断裂与孔洞长大聚合及最终断裂的微观过程．根据夹杂物特性，结合界面微观力学分析，闸明夹杂物近界面的形变断裂与钢宏观断裂的机理及夹杂物与钢力学性能关系．     

纵向剪切下螺型位错和圆形夹杂界面裂纹的干涉作用

研究了无穷远纵向剪切下圆形弹性夹杂界面裂纹与基体中任意位置螺型位错的相互干涉问题。运用复变函数的解析延拓技术与奇性主部分析方法，获得了该问题的一般解答，作为算例，求出了含一条界面裂纹时基体和夹杂区域应力函数的封闭形式解，导出了位错在基体中任意位置时位错力的计算公式，数值结果表明，界面裂纹对位错与夹杂的干涉作用具有强烈的扰动效应，当界面裂纹达到一定弧度时，可以将硬夹杂对位错的排斥作用改变为吸引。     

具有柱状夹杂无限体均匀变温问题的闭合解

研究具有柱状夹杂无限体的均匀变温问题，其中夹杂与基体材料不同但具有相同的剪切弹性模量。应用复变函数方法及其分区全纯函数理论，结合Riemann边值问题的研究成果，求得了问题的闭合解，作为特殊情形得到了单圆柱形夹杂时的精确解。     

双材料中带均匀本征应变椭球夹杂的弹性场

探讨了在两理想结合半无限大体中一带均匀本征应变椭球形夹杂引起的弹性场。通过体积元素积分得到的调和势函数通过椭圆积分及其导数表示。在椭球夹杂边界上的法向力、切向力和椭球夹杂内部主轴上的主应力都得到准确的计算。对于夹杂形状、距界面距离、材料的弹性常数等参数的影响也进行了分析。     

弱界面颗粒增强复合材料的有效弹性模量

采用线弹簧型弱界面模型,研究弱界面对复合材料宏观弹性模量的影响。首先利用弱界面球形夹杂的弹性解,获得单夹杂内部的平均应力和平均应变;然后考虑夹杂之间的相互作用,分别采用微分法、自洽理论和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法,求得弱界面复合材料的宏观弹性模量,并对上述各种方法所得结果作一比较。     

压电／铁电陶瓷材料夹杂问题的力电耦合场

无限大基体中的椭球体夹杂问题是细观力学的核心问题。采用Eshelby方法，得到通过Green函数表征的压电Eshelby张量的表达关系；进而推导以应变及电位移为自变量的无限大基体中的同性及异性椭球体夹杂的力电耦合场问题解以及压电夹杂的约束张量。为建立铁电材料电畴翻转模型及材料的非线性力电耦合本构关系奠定基础。     

含椭圆夹杂平板受单轴拉伸载荷作用的复势解

运用Muskhelishvili复势理论，采用级数法推导了单向拉伸状态下含有椭圆夹杂的均匀无限大平板的基本解；根据界面上应力和位移的连续条件，得到了单向拉伸状态下含有椭圆夹杂的无限大平板的复势解。     

铁磁颗粒夹杂软基体复合材料的制备和特性分析

目的制备铁磁颗粒夹杂软基体复合材料,研究其磁学特性和力学特性。方法在室温条件下采用自然固化制备得到铁磁颗粒夹杂软基体复合材料。利用多物理场COMSOL有限元分析软件,研究单向磁场和单轴拉伸下颗粒体积分数对各向异性及各向同性的铁磁颗粒夹杂软基体复合材料特性的影响。结果颗粒体积分数对2种复合材料的相对磁导率及杨氏模量影响很大,且相同颗粒体积分数时,各向异性的铁磁颗粒夹杂软基体复合材料受颗粒体积分数影响更大。结论铁磁颗粒夹杂软基体复合材料的有效性能不仅和材料各组分的比例有关,而且和材料各组分的分布形式有很大关系。     

压电螺型位错与含界面效应纳米夹杂干涉研究

研究在无穷远纵向剪切和平面内电场作用下压电智能材料中螺型位错与考虑界面应力纳米尺度夹杂(纤维)间的力电耦合交互作用.运用复势方法,求解了夹杂和基体中复势函数的解析解以及应力场和电位移场分量.利用广义Peach-Koehler公式,给出了作用在压电螺型位错上位错像力的解析解答.研究结果表明:当夹杂的半径缩减到纳米尺度时,界面效应对夹杂(纤维)附近位错运动和平衡位置的影响将变得非常显著.正界面效应将排斥基体中的位错;当存在正的界面效应时,软夹杂能排斥界面附近的压电螺型位错.     

锚杆支护下两向不等压深埋隧洞受力与变形弹性分析

为了给引水隧洞隧址选择和支护参数设计提供理论参考,采用均匀化方法,基于复变函数理论,推导了非均匀应力场下锚杆支护时深埋圆形隧洞的应力及位移弹性解析解,并给出了洞周切向应力及径向位移随围岩弹性模量、侧压力系数、锚杆长度、半径和环向间距等参数的变化规律。通过算例分析,得出以下结论:（1）随着围岩弹性模量的增大,隧洞洞周各点的切向应力和径向位移均减小,且对围岩弹性模量（单位:GPa）在[5,10]区间最敏感;（2）侧压力系数在（0,1]区间时,洞周最大切向应力和径向位移随其增大而减小;在[1,2]区间则相反,并对侧压力系数在[1,2]区间更敏感;（3）随着锚杆长度的增大,洞周的切向应力和径向位移逐渐减小;随着锚杆半径增大,洞周的切向应力逐渐增大,径向位移逐渐减小;而随着锚杆环向间距的增大,洞周应力和位移的变化趋势与锚杆半径的规律相反。     

分段压裂过程中射孔段水泥环密封完整性的数值模拟

水平井射孔段井筒由于孔眼的存在,在分段压裂过程中应力集中现象极易加剧固井水泥环的破坏。此外,由于高压压裂液直接作用在水泥环孔眼壁面上,使其完整性在压裂过程中遭受的挑战更大。本文建立了热流固耦合数值模型旨在分析分段压裂过程中射孔段水泥环内部的温度与应力变化,研究了套管内压、压裂液排量、水泥弹性模量、孔径与孔密对于水泥环密封完整性的影响规律。计算结果表明,压裂过程中水泥环一界面、二界面以及孔眼处均会产生剪切破坏。考虑瞬态力热耦合作用时,水泥环孔眼处失封风险提高。压裂液排量、孔径与孔密对水泥环切向应力影响较小;套管内压与水泥环弹性模量的降低虽然可在一定程度降低剪切破坏系数,但难以避免射孔段水泥环压裂初期的剪切破坏。     

远端剪切作用下正交各向异性介质中椭圆夹杂的弹性场分析

求解一类正交各向异性介质中平面椭圆夹杂在远端作用与椭圆主轴呈任意角度均匀剪切力情况下,内受非弹性特征应变引起的弹性场。采用各向异性平面问题的复变函数解法,结合保角变换方法,将远端剪切作用转化为在基体内边界上的初始应变,根据最小应变能原理,获得夹杂/基体系统弹性应力和应变场的封闭形式解析解。     

轮胎与土壤相互作用的数学模型和实验研究

建立弹性轮胎与松软地表的相互作用的数学模型，研究土壤参数、轮胎参数和车辆性能的关系，对轮式越野车辆的设计选型和性能预测具有重要意义。该数学模型，考虑了轮胎与土壤交界面上的切向应力对垂直方向力的平衡，提出了体积变形量的概念，将在硬路面上测量到的弹性轮胎的变形特性转化到松软地表上。采用迭代算法，对弹性轮胎在不同松软地表上的轮胎变形、下陷，轮胎的牵引力、滚动阻力、扭矩、牵引因数、牵引效率进行了计算。利用研制的轮胎牵引驱动性能的电测实验装置和土壤特性的车载测量系统，在塔克拉玛干沙漠腹地分别对土壤特性和轮胎性能进行了现场实验。实验表明，计算结果和实验结果符合的较好。利用数学模型对弹性轮胎在松软地表的性能进行了预测分析。     

页岩水化对岩石应力分布关系的影响

页岩气钻井井壁不稳定是钻井过程中的一个重要难题,含水量的多少直接影响岩石应力分布.根据现场数据得到含水量随时间和距井眼轴线距离的变化规律.通过力学与化学耦合的总吸附水量模型表征含水量和应力分布关系,并且考虑地层的各向异性.将假设地层为各向同性时的水化应力和地层为各向异性时的应力耦合.通过计算机编程分别得到径向应力、切向应力和垂向应力随井周角和距井眼轴线距离之间的三维关系图.结果表明,页岩径向应力,切向应力和垂向应力随距井眼轴线距离的增加而减小,说明在井壁处水化膨胀造成应力值很高,随距离井眼轴线距离的增加钻井液入侵减小,从而水化膨胀应力逐渐减小.切向应力和垂向应力随井周角变化明显,是由于地应力非均匀性造成的,页岩的水化增加了地层的不稳定性.     

球形生物材料干燥时的弹性应力研究

建立了弹性应变状态下,生物材料干燥的应力应变模型。应用此模型,可以在得到物料各单元层含水率变化的基础上,得到各单元层的应力与应变。以球型土豆为例,得到:在恒速干燥期,各单元层径向应力与剪切应力逐渐增大,并且剪切应力在1 h～2 h之间达到最大值,径向应力在1 h～3 h之间达到最大值。剪切应力最大值出现在表层,径向应力最大值则出现在含水率高的核心部位。各单元层的应力在达到最大值后缓慢减小,最终接近于零。     

横向压缩载荷下短纤维复合材料细观力学分析

建立含纤维、界面相和基体的短纤维增强弹性体复合材料在横向压缩载荷作用下的单纤维细观力学模型,得到了单元体内部的应力分布函数。以2种不同纤维增强弹性体复合材料为对象,研究横向压缩载荷作用下单纤维模型内部的应力分布状况。结果表明:单元体内部应力分布是不均匀的,其大小与复合材料不均匀程度及纤维体积分数有关。应力分布的不均匀性随材料的不均匀程度的增大而增大;随着纤维体积分数的增加,压应力最大值逐渐增大,而拉应力最大值先增大后减小。