弹性波在压电介质摩擦接触界面上的反射与透射

讨论了弹性波在压电介质摩擦接触界面上的反射和透射问题．利用Fourier分析的方法，将非线性Coulomb摩擦接触边界波动问题化为奇异积分方程问题．利用迭代-修正的方法，确定了界面上滑移和粘着区域的分布范围，同时计算了面力、相对滑移速度等参量以及由于边界非线性而引起的反射和透射的高频谐波幅值，并讨论了它们随外加力-电荷载的变化规律．     

正交各向异性弹性层/功能梯度压电半空间结构中Love波的传播

研究了功能梯度压电半空间上覆盖一层正交各向异性弹性层结构中Love波的传播特性.覆盖层与基底的界面连接方式分别考虑了理想接触和非理想接触2种模式,功能梯度压电半空间的材料性能沿垂直于界面方向以指数函数形式变化.基于推导的频散方程,结合数值算例分析了材料性能梯度变化、正交各向异性材料的切割角度和非理想界面的连接程度对相速度的影响,其结果对功能梯度压电材料的覆层结构在声波器件中的应用具有重要的参考价值.     

脉冲SH波在单侧接触正交异性覆层介质中的传播

应用Fourier分析,研究了脉冲SH波在单侧接触正交异性覆层半空间中的传播.设接触界面遵循Coulomb摩擦定律,波小于临界角入射.根据含有不等式的混合边界条件,将问题化为一递推方程,并发展了一种迭代方法用于确定界面未知边界区域--滑移区,计算了界面剪力和相对滑移速度的分布,讨论了上下层介质材料参数组合、弹性覆层的厚度等参量对系统动力响应的影响.     

转换电磁波极化特性的超材料设计

提出了一种单元结构由四个交叉的金属线构成的反对称手征超材料,该超材料可以将入射的线极化波完整地转换为透射的圆极化波,椭圆极化波和偏转一定角度的线极化波。我们首先给出了透射电磁波极化状态转换的理论分析,然后通过仿真验证了我们的设计。我们的设计将在微波器件和通信等领域具有潜在的应用。     

弹性波透过压电介质接触界面的传播特性

以一维弹性波为例分析了波透过压电介质接触界面时的传播特性,考虑了界面的分离及接触状态的变化,解析地给出了界面分离和接触的时间分布范围以及波的反射透射系数,并讨论了边界非线性引起的高频谐波特性。     

压电体光滑接触界面上的滑移界面波理论分析

应用压电材料Stroh方法分析压电体光滑接触界面上滑移波的存在性条件,给出其存在的判据.压电体由外加单向压力作用而光滑接触,同时处于一定场强的电场中,设在波的作用下界面不会发生分离.通过具体压电材料的数值计算发现:当沿界面传播的波速满足一定条件时,滑移界面波能存在.特别地,两压电体的Rayleigh波速、极限波速一样时,滑移波将不存在;两压电体的Rayleigh波速、极限波速不同时,滑移界面波速将是两个Rayleigh波速之间的某个值或者是较小Rayleigh波速与较小的极限波速之间的值;滑移界面波的存在决定于材料本身的性质,而与外加载荷没有关系.     

充填节理岩体中应力波传播特性研究

在考虑节理接触面与充填材料共同变形的前提下,文章基于时域递归法推导了应力波在充填节理处的传播方程,并对其进行了对比验证;分析了节理接触界面刚度、节理厚度及入射角度对波在充填节理处传播特性的影响规律;依据应力均匀性假定,将充填节理简化为不考虑厚度的位移不连续模型,考察了充填节理法向与切向力学性质的变化规律。结果表明:所推导的波传播方程计算值与相关研究结果吻合较好,通过迭代可求出反射波与透射波的数值解;在相同的节理厚度和波入射角度下,透射系数随节理接触界面刚度的增加而增大,反射系数则逐渐减小;不同节理厚度下等效法向与切向刚度均随接触面刚度的增加而增大,而随节理厚度增加,等效法向与切向刚度呈降低趋势。研究结果对揭示应力波在节理岩体中传播规律具有一定参考价值。     

基于差异化设计的相邻轻重载车道内部竖向剪应力分析

结合高速公路拓宽改建工程案例,基于有限元计算技术,对既有高速公路沥青路面结构进行不同交通工况的力学响应分析,根据计算结果提出了上中面层实行材料性能差异的车道差异化路面结构设计方案;分析设计年限内临近的轻载与重载车道之间形成的路面内部上中面层竖向界面及其下层竖直面上的剪应力,研究接触状态和荷载作用位置对剪应力的影响规律及剪切破坏的可能性。结果表明,荷载作用位置不同时,界面及下层竖直面的产生的剪应力分布规律也不同,荷载位于重载车道中央时剪应力随着深度增大在逐渐增大,最大值出现在半刚性材料底基层层底;而位于界面顶部时,剪应力随路面深度的增加逐渐减小,最大值出现在路表,且可产生导致剪切破坏的较大剪应力,但因荷载继续作用于界面的几率较小,因而界面处实际不会产生剪切破坏,反而是轮迹带处产生剪切破坏几乎成为必然。     

TC11钛合金与5CrMnMo模具钢间接触换热实验研究

基于稳态热流法,利用自制的接触换热系数测量装置对TC11钛合金与5CrMnMo模具钢间的接触换热进行测试,探讨了界面荷载、界面温度、接触面粗糙度和玻璃润滑剂对接触换热系数的影响.实验结果表明:接触换热系数随界面荷载的增加而增大,且与界面荷载的幂指数函数近似成正比关系;接触换热系数随界面温度的升高总体上呈增大趋势;在相对较小的粗糙度范围内,产生接触换热系数随接触面粗糙度增加而增大的反常现象;玻璃润滑剂的存在使接触换热系数降低了1～2个数量级,厚度的影响尤其明显.     

降低固-固界面热阻方法研究进展

降低固-固界面热阻法是一种高效且应用广泛的减小器件传热阻力的方法。根据固-固界面状态增加界面的有效接触，可强化界面热传导。首先，概述了固-固界面热阻的产生机理；其次，梳理了界面状态（平面接触和沟槽接触）、粗糙度、界面压力、热界面材料等固-固界面热阻影响因素的作用机制；第三，介绍了降低固-固界面热阻方法的最新进展；最后，分析了降低固-固界面热阻研究存在的问题，并对其研究前景进行了展望，提出未来应从界面结构、压力/平面度、固-固接触材料本身的物性参数、超薄黏合层热界面材料等单独或共同作用的方向上深化降低界面热阻的研究，为其在强化电子散热领域的应用提供理论和实验支持。     

钢筋混凝土界面问题分析模型

钢筋与混凝土主要通过界面黏结作用来共同承受荷载,在界面上的受力属于不连续介质的力学问题.应用解决不连续介质力学问题的界面应力元法建立交界面的分析模型,对拔出试验和拉伸试验进行了数值模拟,数值模拟计算结果与试验结果接近.     

Effective elastic moduli and interface effects of nanocrystalline materials

Many properties of nanocrystalline materials are associated with interface effects. Based on their microstructural features, the influence of interfaces on the effective elastic property of nanocrystalline materials is investigated. First, the Mori-Tanaka method is employed to determine the overall effective elastic moduli by considering a nanocrystalline material as a binary composite solid consisting of a crystal or inclusion phase with regular lattice connected by an amorphous-like interface or matrix phase. The effects of strain gradients are then examined on the effective elastic property by using the strain gradient theory to analyze a representative unit cell. Two interface mechanisms are elucidated that influence the effective stiffness and other mechanical properties of materials. One is the softening effect due to the distorted atomic structures and the increased atomic spacings in interface regions, and the other is the baffling effect due to the existence of boundary layers near interfaces.     

混凝土结构层间力学性能的电学表征

以由碳纤维布作为界面层的混凝土及碳纤维混凝土为例,根据混凝土层间接触电阻的变化,对剪切荷载及弯曲荷载作用下的混凝土界面粘接性能及剪切强度进行电学参数变化实验.实验结果表明:素混凝土层间接触电阻随着层间粘接松动而增大,当发生粘接破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻随着剪切强度的增大而增大,发生剪切破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻的敏感性比素混凝土层间接触电阻对界面粘接及剪应力的敏感性要好,低应力作用下,碳纤维混凝土层间接触电阻随应力明显变化.     

功能梯度圆柱壳的弹塑性屈曲

研究了功能梯度材料(FGM)圆柱壳在轴向均匀压缩载荷作用下的弹塑性屈曲行为.基于线性混合强化弹塑性模型,给出FGM圆柱壳的材料特性表达式和弹塑性本构方程.引入Hamilton原理,将FGM圆柱壳的弹塑性屈曲行为转化为求解辛空间的特征值问题.进一步利用分叉条件计算出正则方程广义特征值对应的屈曲临界载荷,联合屈服条件获得屈曲壳的弹塑性分界面位置.并讨论了材料梯度参数、结构几何参数对弹塑性屈曲临界载荷和弹塑性分界面的影响.     

Electronic reconstruction at an interface between a Mott insulator and a band insulator

Surface science is an important and well-established branch of materials science involving the study of changes in material properties near a surface or interface. A fundamental issue has been atomic reconstruction: how the surface lattice symmetry differs from the bulk. 'Correlated-electron compounds' are materials in which strong electron-electron and electron-lattice interactions produce new electronic phases, including interaction-induced (Mott) insulators, many forms of spin, charge and orbital ordering, and (presumably) high-transition-temperature superconductivity. Here we propose that the fundamental issue for the new field of correlated-electron surface/interface science is 'electronic reconstruction': how does the surface/interface electronic phase differ from that in the bulk? As a step towards a general understanding of such phenomena, we present a theoretical study of an interface between a strongly correlated Mott insulator and a band insulator. We find dramatic interface-induced electronic reconstructions: in wide parameter ranges, the near-interface region is metallic and ferromagnetic, whereas the bulk phase on either side is insulating and antiferromagnetic. Extending the analysis to a wider range of interfaces and surfaces is a fundamental scientific challenge and may lead to new applications for correlated electron materials.     

橡胶-钢双材料界面断裂的非线性有限元分析

采用双剪切试件对橡胶—钢双材料的断裂问题进行有限元分析,得到的试件变形与实验结果吻合较好,同时分析了其界面应力,计算出了不同裂纹深度、不同载荷下的撕裂能,并得出了撕裂能随裂纹深度和载荷的变化关系.     

空间超流氦中低温界面热阻最佳热耦合研究

针对红外探测器与制冷元器件的接触中低界温面热阻最佳热耦合问题，分析了两固体接触面的情况，认为接触热阻是一个受材料性质、表面粗糙度、负载、温度、介质、表面氧化物膜和环境等众多因素影响的非线性问题，在此基础上制作了Al-Cu超导热开关，电子显微镜观测结果表明，接触界面不是一个简单的几何面，而是一个具有纳米级厚度的三维“界面层”。     

接触热阻对超声速飞行器结构响应分析的影响

在超声速飞行中,界面间接触热阻对结构传热有重要的影响。在超声速飞行器设计与安全评估中,需要准确判断接触热阻对结构响应的影响。为此,形成考虑接触问题的热力直接耦合有限元计算方法,建立了超声速飞行器前缘结构局部模型,通过CMY(Copper-Mikic-Yovanovich)模型获得了界面间接触热阻,计算了超声速飞行中考虑与不考虑接触热阻时飞行器前缘的结构响应。结果表明:在仿真中考虑接触热阻大幅改变了结构的温度与应力响应,并增强了温度场与应力场间的双向耦合关系。同时,载荷大小决定了接触热阻对结构应力场的影响程度。     

Software Practicalization for Analysis of Wind-Induced Vibrations of Large Span Roof Structures

Wind loads are key considerations in the structural design of large-span structures since wind loads can be more important than earthquake loads, especially for large flexible structures. The analysis of wind loads on large span roof structures (LSRS) requires large amounts of calculations. Due to the combined effects of horizontal and vertical winds, the wind-induced vibrations of LSRS are analyzed in this paper with the frequency domain method as the first application of method for the analysis of the wind response of LSRS. A program is developed to analyze the wind-induced vibrations due to a combination of wind vibration modes. The program, which predicts the wind vibration coefficient and the wind pressure acting on the LSRS, interfaces with other finite element software to facilitate analysis of wind loads in the design of LSRS. The effectiveness and accuracy of the frequency domain method have been verified by numerical analyses of practical projects.