基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型，该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，两种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的，因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型可以给出更加准确的结果。     

微机械黏着接触问题的建模和分析

为研究微机械系统中的黏着、接触和变形等微观现象，基于经典弹性理论和Lennard-Jones势能定律建立了弹性球-球黏着接触模型，得到了黏着力、球面变形量及接触半径随两球体间距的变化规律．结果表明：在黏着引力的作用下，两球体在尚未接触时已产生明显的拉伸变形，导致两球体在1．5倍的原子间距时开始接触；当两球体接触后，球面轮廓和黏着力在接触区内外之间光滑过渡，不存在明显的接触区临界值．通过分析黏着力随间距的变化规律，得出了只有当两球体间距大于5倍的原子间距时，刚性黏着模型才能比较准确地得出两球体间黏着力的结论，为微机械黏着接触问题、纳米摩擦学和原子力显微镜的动态扫描等研究提供了理论根据．     

Cu纳米粒子化学势随粒径和温度变化规律研究

采用固体理论,导出粒子化学势的表示式.以Cu纳米粒子为例,研究了粒子化学势随粒子半径和温度的变化规律.结果表明:纳米粒子的化学势与粒子半径、原子相互作用势、温度等有关;球形纳米粒子的化学势要比平面块状金属的化学势要大,且粒子线度愈小,两者相差愈大;粒子的化学势随粒径的减小而增大.随温度升高而减小,但变化不显著.粒子线度对化学势随温度变化规律的影响很小.     

受热黏弹性球体中空穴的动态生成和增长

根据有限变形动力学理论,研究了不可压黏弹性球体在均匀温度场作用下空穴的动态生成和增长问题.采用几何大变形的有限对数应变和Kelvin-Voigt微分型热黏弹性本构方程,建立了描述球体内空穴运动的二阶非线性常微分方程.通过数值计算,给出了空穴半径随温度的增长曲线和空穴生成时的临界温度,得到了空穴半径随时间增长的动态变化曲线,讨论了外界温度场、球体半径以及各材料参数对空穴半径的增长规律.     

平面结合面切向接触阻尼分形模型及其仿真

基于接触分形理论和结合面接触阻尼耗能机理,以及球体与平面接触时的阻尼耗能理论,建立了平面结合面切向接触阻尼的分形模型,通过数值仿真直观揭示了平面结合面切向接触阻尼耗能与结合面法向载荷以及结合面表面粗糙轮廓分形维数之间的非线性关系.仿真结果表明:平面结合面切向接触阻尼的耗能随着结合面法向载荷的增大而减小;当结合面表面粗糙轮廓分形维数小于等于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而增大;当结合面表面粗糙轮廓分形维数大于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而减小.仿真结果验证了模型的有效性.     

球体-平面黏附模型分析

为确定Bradley黏附模型与Hamaker假设黏附模型之间的关系和差异,运用Hamaker假设和原子间的Lennard-Jones势能推导出了两平面间的相互作用力,通过与平面间的Lennard-Jones势能进行对比分析,得到了原子势参数与平面势参数间的关系式.根据此关系式将Bradley模型转化为由Hamaker常数描述的黏附模型,并根据Hamaker常数的定义式将Bradley模型最终转化为由原子势参数和Hamaker常数描述的黏附模型.理论分析与仿真结果表明,基于Hamaker假设的黏附模型与Bradley黏附模型完全一致,证实了原子势参数与平面势参数间关系式的正确性,为采用连续介质力学方法研究微观离散世界的黏附问题提供了理论基础.     

基于动态蠕变试验的沥青混合料黏弹性分析

基于沥青混合料Burgers模型的黏弹性理论,通过动态蠕变试验进行AC-20黏弹性分析,得到不同温度及应力下的混合料变形特征曲线及Burgers模型4个参数的变化规律.结果表明:在同一温度下,随应力水平增加,永久变形随之增大,稳定期永久应变发展速率增大且破坏期提前到来,Burgers模型参数中E1、E2增大,η1、η2减小;在同一应力水平下,永久变形会随温度升高而增大,同时E1、E2减小,η1、η2增大.因此应力及温度对沥青混合料黏性及弹性影响程度不同,随着应力增加,弹性增强而黏性降低;随温度升高,则弹性降低而黏性增加,该结论与路面实际使用状况一致.     

纹理表面滑动接触多尺度分析

采用分子动力学与有限元耦合的多尺度方法,求解二维刚性圆柱表面压头与弹性纹理表面的纳观黏着滑动接触问题。对表面纹理凸峰高度、凸峰间距、凸峰形状、压头下压深度以及压头半径等对滑动接触性能的影响进行了全面研究。通过不同条件下滑动摩擦力的比较,揭示了上述各参数对黏着滑动接触的影响规律。凸峰高度越高,滑动摩擦力越小且越稳定;凸峰间距越大,滑动摩擦力越小;表面纹理在不发生破坏的前提下可以有效降低摩擦力;压头下压深度越小,滑动摩擦力越小;相同作用条件下,滑动摩擦力随压头半径的增大而增大。     

尺寸效应对纳米银杆拉伸力学特性的影响

采用分子动力学方法研究了圆柱纳米银杆沿[001]晶向单向拉伸时的力学特性，纳米银杆拉伸时所表现出的特性与其宏观特性基本一致．拉伸过程分为弹性变形和塑性延展2个阶段：在弹性变形阶段，应力随应变的增大呈线性增大；在塑性延展阶段，应力则表现出反复振荡，系统由一种结构经错动、滑移演化为另一种结构，是造成此种现象的一个重要原因．研究结果表明，随纳米银杆整体尺寸的增大，纳米杆的弹性模量增大、弹性极限应力减小，并都随整体尺寸的增大而趋于宏观值．随着纳米杆单方向的减小，纳米银杆的弹性模量和弹性极限应力均有不同程度的增加，并不随单方向的增加表现出趋于宏观值的一致规律．     

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。     

基于变刚度与力反馈的虚拟3D画笔触觉行为

针对汽车工业中虚拟油泥模型外观设计问题,采用一种六自由度输入设备并基于实时力反馈交互技术,提出一种新型的变刚度画笔模型以及触觉装饰方法,实现在虚拟三维物体表面实时触觉绘制与外观装饰.基于变刚度弹性理论,深入研究虚拟3D画笔的触觉行为.首先,采用一种弯曲弹簧振子模型来构建3D画笔的力学模型,并分析虚拟画笔实时变形与承受的绘制力之间的内在关系;接着,基于一种加权平均距离的碰撞算法,研究虚拟画笔与虚拟3D物体之间的碰撞检测问题;采用一种球扩展操作以获得弯曲画笔的最小包围球,进而计算得到虚拟投影平面;根据在一个采样点处的画笔变形,得到虚拟投影平面上的二维笔触;通过将二维画笔笔触实时地映射到三维对象表面,便可以得到三维笔触;沿着三维绘制方向,通过控制绘制力矩并叠加不同大小、形状的3D笔触便可得到3D笔道.仿真对比实验结果表明,所采用的画笔模型及方法可以有效增强用户虚拟绘制时的真实性.     

利用液体桥力的微球转移操作

为了克服粘着对微机电系统装配的影响,提出了一种利用液体桥力实现微球转移操作的方法。利用操作臂和微球之间的液体桥力实现微球的抓取,利用目标平面和微球之间的液体桥力实现微球的释放。对微球受力的理论分析表明,重力可以被忽略。由于干燥微球和粗糙平面之间的粘着力很小,抓取操作容易实现;释放操作要求操作臂末端的半径小,操作液体的界面能尽量低。使用该方法实现了一种微滚动导轨的装配,从而验证了该方法的可行性。     

LAMOST焦面板球面测量误差分析

通过对LAMOST大科学工程中焦面板面型测量所遇到的问题进行后续的理论分析,给出了测量过程中的微小误差影响测量结果的几何理论的推导.由于焦面板的形状近似于一个半径为20m的截球,其采样测量面积只占焦面理论半径所构成的虚拟球面面积的两千分之一,仅采用面型上取点计算球心、半径的一般测量方法,拟合后的数据会有非常大的离散性.此时球面测量中任何一个微小的误差都将在半径和球心位置的最后测量结果中放大.误差分析从四点拟合球面的方法入手,近似计算出测量误差对最小二乘法拟合所得的球面半径值的影响,为改进测量方法、提高测量精度提供理论依据.     

列车轮轨黏着力在线估测计算方法

针对列车的制动防滑控制,提出黏着力的在线估测计算方法.因为黏着力不易测量,如何实时监测黏着力大小以便充分利用轮轨黏着是防滑控制的关键.建立了轮对动力学模型,并采用卡尔曼滤波器、扩张状态观测器等,以轴速和车轮等效夹紧力作为可输入量,设计了5种黏着力在线估测计算方法.采用Simulink软件平台,设置了信号噪声污染和传输延迟,并仿真了黏着力不变和黏着力变化两种工况,结果显示5种算法都能对黏着力进行估测,但综合黏着力估测的响应时间和最大误差两个指标来看,非线性扩张状态观测算法对黏着力的估测效果是最好的.最后,采用实测数据,进一步验证了算法对黏着力估测的准确性.     

分析FRP补强结构的状态空间有限元法

文章应用分区变分原理和状态空间有限元法分析FRP补强的层合板;在板的平面内划分有限元网格,根据混合变分原理分别建立层合板和补片的状态方程;沿厚度方向求解状态方程分别得到层合板和补片上、下表面之间的关系,再根据板与补片之间的协调条件建立补强结构的整体求解方程.该方法综合了状态空间法与有限元法的优点,如能同时满足层间位移和应力的连续条件和方便处理边界条件等.算例表明用所提出的方法求解补强结构是非常有效的.     

平面与基本实体体素相交性快速测试方法

在实体造型过程中，往往需要进行平面与基本实体体素的求交运算．为了加快求交速度，减少不必要的求交运算，应对平面与基本实体体素是否相交作快速测试．为此，提出了实体造型系统中平面与基本实体体素如圆锥体、圆柱体、球体和圆环体等进行相交性快速测试的一种方法．该方法通过坐标变换和简单的Ｚ坐标比较，便可快速判断出平面与基本实体体素的相交性     

球体斜面运动DEM对比分析

 在已有研究基础上,提出了一个全新的研究物体动力学方法。以球体在45°斜面上运动为例,在推导理论公式、建立理论模型、得出理论速度-时间关系和位移-时间关系曲线后,运用散体单元法理论(DEM),通过Borland C++ Builder 6.0平台开发建立了可视化球体-斜面动力学模型。模拟计算不但获得了球体在滑动运动、滑滚运动、纯滚动运动条件下的速度-时间关系和位移-时间关系曲线,还清晰地观察到球体在斜面上的运动状态。将模拟计算得到的曲线与理论速度-时间关系和位移-时间关系曲线进行比较,结果显示,DEM计算结果与理论计算结果完全一致,说明运用DEM理论研究球体斜面运动是完全可行性的。     

基于双三角平面模型的Bezier曲面的分割求交

本文提出了一种基于双三次Ｂｅｚｉｅｒ曲面的双三角平面模型，并以此模型为基础建立了相应的平化判别、分割求交算法。采用主动边与被动三角平面间的遍历来获得交线。与多边型模型相比双三解平面模型具有理论严密，简法简捷、近似度好、节省时空等优点。