SMA智能复合材料结构的力学分析与建模

介绍了SMA智能复合材料结构力学建模在弯曲变形及振动控制方面的研究现状,论述了连续型和有限元建模方法,分析了SMA智能复合材料结构大变形问题及温度影响问题,并就SMA智能复合材料结构的力学建模提出几点建议。     

非对称铺设SMA层的复合材料梁在热荷载作用下的变形分析

基于几何非线性理论,提出一类偏心铺设的形状记忆合金(SMA)复合材料梁的数学模型,建立梁在温度载荷作用下的非线性弯曲控制方程,应用打靶法进行数值求解,得到均匀加热下两端不可移简支SMA层合梁的热弯曲数值解.给出具体算例的平衡构形和平衡路径,并分析和讨论SMA的几何和物理参数对梁变形的影响.结果表明梁在升温的一开始就发生变形,升温过程中随着SMA的相变,变形趋势加剧,通过改变SMA的几何、物理参数可以调整梁的变形.     

变截面轴的变形计算

以等截面梁内力变形公式为基础,采用叠加原理的方法分析多个参考系下粱的挠度,转角的合成关系.应用这种合成关系,导出了阶梯轴弯曲变形的表达式.该方程的形式统一,实际应用方便.     

基于形状记忆合金(SMA)阻尼器的结构被动控制

介绍了建筑结构振动控制中被动控制的设计思想和形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）的超弹性特性及应用情况，将一种新型形状记忆合金（SMA）阻尼器应用到框架结构中。针对所提出的形状记忆合金（SMA）阻尼器，分析其超弹性本构模型，建立了热力学方程，利用ANSYS软件进行框架结构的被动控制模拟分析。将所得的普通框架结构与形状记忆合金（SMA）阻尼器框架结构的顶层位移进行比较，发现形状记忆合金（SMA）阻尼器可以很好地改变框架结构的抗震性能，大大减小了结构的地震反应，为框架结构振动控制设计提供了一种新的方法。     

应变硬化水泥基复合材料-SHCC韧性性能试验研究

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易开裂的主要原因之一。高模量PVA纤维可增强基材韧性，使其呈现准应变硬化和多缝开裂特征，改善结构耐久性。通过四点弯曲试验得出了不同加载速率和配比SHCC的力-变形曲线并用CONSOFT软件计算断裂能。结果表明，硅灰使材料抗压强度有所提高，但最大抗弯承载力和变形下降，断裂能降低。甲基纤维素使SHCC脆性增大。加载速率降低，材料表现出更好的应变硬化性能，微裂缝条数增多。SHCC砂子最大粒径高于ECC，虽达不到后者的最大拉应变，但可降低成本并满足工程需要。韧性性能研究给出了基于耐久性能优化设计和评定SHCC的实用方法。     

沥青玛蹄脂碎石混合料设计

SMA一种新型的沥青混合料，是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的嵌挤型骨架密实结构混合料。在学习了德国和美国的设计方法，又结合我国的工程实际情况的基础上，得出我国SMA的技术指标及配合比设计方法，本文主要阐述了有理方法在SMA设计中应用。     

形状记忆合金阻尼器参数对结构减震效果影响分析

形状记忆合金（SMA）是一种全新的功能性材料，介绍了形状记忆合金的主要特性，建立了形状记忆合金（SMA）阻尼器的热力学平衡方程，阐述了该种阻尼器在结构振动控制中的应用，并通过实验分析了形状记忆合金阻尼器参数对结构非线性地震反应控制效果的影响，分析表明：在相同屈服阻尼力下，随刚度比K增大和屈服位移比λ减小，SMA阻尼器的减振效果增加。     

形状记忆合金机器人关节驱动器的控制系统

介绍一种用形状记忆合金（SMA）作机器人关节驱动器控制用的用片机主控制电路，外围电，加热电源系统，和单片机主控制系统由软件设计，该系统成本低廉，控制精度达0．3°（一个脉冲）。     

形状记忆合金混凝土轴心构件的变形特性

将形状记忆合金(SMA)轴心埋置于混凝土构件中,着重研究SMA使轴心构件产生预应力和变形的性能及影响驱动效果的主要因素。在试验基础上,对SMA在周围混凝土约束下的本构模型进行了理论探索。研究表明:SMA在加热逆相变过程中可以实现对混凝土轴心构件施加预应力,可以控制混凝土构件的变形;初始预应变值及通电激励模式对变形性能或预应力效果有影响。     

含SMA纤维的复合材料梁有限元法

分析了SMA纤维对复合材料梁材料参数的影响,用梁的二维平面单元对含有不同含量和初始残余应变的SMA纤维的复合材料梁进行了有限元分析。计算结果表明,通过激活SMA纤维,对复合材料梁的弯曲和自振频率均有很强的控制和调节能力。     

裂纹尖端离面变形场的实验测量与数值分析的比较

用 Nomarski棱镜微差干涉法和有限元方法分别测量和计算了黄铜金属材料 I型裂纹尖端的离面变形场 ,在此基础上对比分析了黄铜材料宏观、细观离面变形的特征。宏观离面变形主要集中发生在裂纹尖端 1 mm2 范围内 ,最大离面变形发生在裂纹尖端。细观离面变形与滑移带、细观组织及细观结构密切相关。晶粒内部的变形导致滑移带出现 ,在滑移带上离面变形有突变。在相邻晶粒之间 ,离面变形连续与否取决于晶粒细观结构的差别。离面变形可以越过晶粒向前传递。实验还发现 ,在宏观剪切带上离面变形比较明显     

基于应变梯度理论的纳米悬臂梁的大位移分析

以Aifantis发展的应变梯度理论为基础,探讨微纳米尺度下线弹性悬臂梁受集中载荷作用下的大变形问题。基于Euler-Bernoulli梁理论,考虑应变梯度的影响,建立悬臂梁发生大变形时的弹性微分方程,并给出相应的边界条件。通过打靶法并借助于Math CAD软件,求得考虑应变梯度时悬臂梁在自由端集中载荷作用下的挠度数值解。结果表明,在微纳米尺度下应变梯度对悬臂梁的变形有较大影响,弹性变形梯度系数对梁发生大变形比发生小变形时的影响更明显,且弹性梯度系数对于梁的变形有抑制作用。     

三杆桁架的弹粘塑性分析

对图1所示三杆桁架承受载荷P=P_0H(t)的弹粘塑性平衡问题进行了分析,结果表明桁架的变形可分为弹性变形、约束粘塑性变形、约束-自由粘塑性变形、自由粘塑性变形等四个阶段.     

正交各向异性弹塑性材料拉伸颈缩的数值模拟

介绍了在乘法分解的基础上对正交各向异性弹塑材料进行有限变形计算的一种有限元方法 ,利用该方法考虑不同各向异性状态对正交各向异性材料圆棒试样的拉伸大应变颈缩过程进行了数值模拟。结果表明 :( 1 )材料塑性性质若在不同取向有明显差异 ,沿不同材料轴向拉伸反映的材料力学性能会有非常大的差别。这种差别在载荷和不同方向的径向颈缩位移上远较在颈部截面面积变化上明显 ;( 2 ) Hill的正交各向异性塑性理论并没有考虑晶体材料在各个与材料主轴平面有较大夹角的滑移面上容易发生剪切变形 ,所以不一定适于晶体塑性材料。同时本文研究进一步证实了作者建议的正交各向异性弹塑性有限变形计算方法的合理性。     

裂纹尖端三维变形场的细观力学研究

裂纹尖端的变形在裂纹萌生和扩展过程中起着重要的作用。本文从理论上讨论了裂纹尖端面内变形场 ,对理论解和级数解作了比较 ,结果表明该级数解收敛很快 ,取到第 3项已接近理论解。通过试验测量了裂纹尖端的三维变形场 ,分别将面内变形场和离面变形场与理论面内变形场和有限元计算的离面变形场作了比较。表明裂纹尖端 3个方向的变形同时存在 ,在细观水平上均不能忽略     

Influence of a multi-step process on the thickness reduction error of sheet metal in a flexible rolling process

Flexible rolling is a forming process based on thickness reduction, and the precision of thickness reduction is the key factor affecting bending deformation. The major purpose of the present work is to solve the problem of bending deformation error caused by insufficient thickness reduction. Under the condition of different rolling reductions with the same sheet thickness and the same thickness reduction with different sheet thicknesses, the thickness reduction error of sheet metal is analyzed. In addition, the bending deformation of sheet metal under the same conditions is discussed and the influence of the multi-step forming process on the thickness reduction error is studied. The results show that, under the condition of the same sheet thickness, the thickness reduction error increases with increasing rolling reduction because of an increase in work hardening. As rolling reduction increases, the longitudinal bending deformation decreases because of the decrease of the maximum thickness difference. Under the condition with the same thickness reduction, the thickness reduction error increases because of the decrease of the rolling force with increasing sheet thickness. As the sheet thickness increases, the longitudinal bending deformation increases because of the increase in the maximum thickness difference. A larger bending deformation is divided into a number of small bending deformations in a multi-step forming process, avoiding a sharp increase in the degree of work hardening; the thickness reduction error is effectively reduced in the multi-step forming process. Numerical simulation results agree with the results of the forming experiments.     

大型基础下基底层状土的变形性状分析

基于土体变形理论，建立了大型基础下层状土的变形计算模型，运用自编程序SSBS(Simulating Subsidence of Building Subsoil)对工程算例进行了计算分析，并结合该算例的实测数据对计算结果进行了对比校验.研究结果表明:基坑降水使得基底上覆土层产生有效应力增量，且有效应力增量对基底变形的贡献不可忽略；同时，由于大型基础下基底附加应力的非均匀分布，导致最大荷载与最大变形点不一致，基础中心点非最大变形点；应用层状地基变形计算方法得到的变形计算结果更接近工程实际.研究结论可为大型基础下层状地基变形控制提供参考依据.     

Deformation cycles of subduction earthquakes in a viscoelastic Earth

Subduction zones produce the largest earthquakes. Over the past two decades, space geodesy has revolutionized our view of crustal deformation between consecutive earthquakes. The short time span of modern measurements necessitates comparative studies of subduction zones that are at different stages of the deformation cycle. Piecing together geodetic 'snapshots' from different subduction zones leads to a unifying picture in which the deformation is controlled by both the short-term (years) and long-term (decades and centuries) viscous behaviour of the mantle. Traditional views based on elastic models, such as coseismic deformation being a mirror image of interseismic deformation, are being thoroughly revised.     

一种新型螺旋变形软体驱动器建模方法及应用

软体驱动器的变形方式主要为弯曲、伸缩变形,限制了软体驱动器的灵活性。为了提高软体驱动器的操作灵活性,提出一种新型的螺旋扭转变形软体驱动器。通过拉线驱动软体变形,骨架限制驱动器产生螺旋变形,实现驱动器末端在三维空间中的可控运动。基于常曲率连续软体运动学理论及螺旋扭转变形的几何关系,建立了一种适用于常曲率螺旋变形运动学模型,获取在全局坐标系下驱动器末端的坐标变换矩阵,实现对驱动器位姿的描述。通过仿真和实验数据验证,模型精度大于98%。为螺旋扭转变形驱动器的控制建立精确的运动学模型,为未来基于此软体驱动器的超高灵活性抓手的搭建提供了理论模型基础。     

悬臂压杆大变形的优化算法

提出一种解决几何非线性问题的优化算法,研究了悬臂压杆的几何非线性大变形问题.取悬臂压杆大变形后的平衡状态为研究对象,利用整体坐标系下的坐标关系式表示出自由端端点坐标,构建端点未知坐标的目标函数,确定悬臂压杆大变形的最优化问题,编制优化程序进行求解.通过分析典型算例,并同有限元方法计算结果相比较,表明本文算法在求解强非线性变形中的正确性,为处理复杂几何非线性大变形问题提供了有效的思想.