弹性车轮瞬态动力响应的有限元仿真方法研究

初步讨论了橡胶弹性车轮瞬态动力响应的有限元仿真方法,进行了基于橡胶材料超弹性特性力学本构关系建模方法研究,在此基础上模拟了弹性车轮与刚性车轮在道岔冲击载荷作用下的瞬态动力响应.     

基于生物力学相容性的微创手术钳优化设计

针对微创手术钳因生物力学相容性差导致过度夹持的现象,建立了传统微创手术钳头的力学模型,并利用解析方法构建了手术钳的手柄握持力与钳口夹持力的特性关系。基于渐开线特征,提出并设计了具有渐开线形导向槽的新型手术钳头,分析了其夹持力的输出响应。利用NiTi记忆合金的超弹性特征,设计了具有特殊应力松弛特性的恒力控制单元,并对改进后的新型微创手术钳头进行有限元数值仿真和试验验证。结果表明,钳口夹持力与握持拉力成线性正比关系,并且当握持力进入饱和范围时,夹持力出现应力饱和响应,实现了对人体组织的夹持保护。研究结果使得微创手术钳在夹持不同特性的组织时均可保证夹持力不超出安全值,这对提高微创手术器械的生物力学相容性以及微创外科安全性具有临床实践意义。     

弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振响应分析

基于建立的弹性地基不可伸长梁的非线性动力学模型,针对横向简谐激励下弹性地基梁的3次超谐共振响应进行研究,分析了主要参数对其非线性动力学特性的影响.利用多尺度方法,求得弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振幅频响应方程,进而得到梁的幅频响应曲线并分析了弹性地基模型、Winkler参数、外激励幅值及边界条件等对梁非线性动力响应的影响.结果表明:三参数模型中第二弹性层促进梁动力响应软弹簧特性的发展,且该模型强化梁动力响应的非线性特性;外激励幅值对梁3次超谐共振响应的动力学特性有一定影响,引起骨架曲线初始偏移量的改变.     

工程结构的SMA超弹性阻尼研究

分析了形状记忆合金(SMA)超弹性阻尼减振技术的机理，介绍了国外对于形状记忆合金超弹性阻尼的研究成果．通过试验研究了温度、加载频率、循环次数及预变形等因素对国产NiTi合金丝的超弹性阻尼的影响．研究结果表明：①形状记忆合金的超弹性温度区间在50℃左右，阻尼性能对温度的敏感性较小；②加载频率对形状记忆合金的超弹性阻尼有一定影响，但在工程结构常用的频率范围内基本保持稳定；③循环次数在一定程度上影响形状记忆合金的超弹性行为，但在数个循环周期以后，基本趋于稳定；④通过施加预应变，形状记忆合金的超弹性阻尼性能大为改善．因此利用SMA的超弹性阻尼特性可以研制出性能良好的耗能减振装置，有效地改善和提高土木工程结构的性能．     

考虑枕下胶垫超弹性本构的弹性长枕轨道动力仿真

为揭示枕下胶垫超弹性本构特征对弹性长枕轨道动力响应的影响,基于Mooney-Rivlin超弹性本构理论,建立车辆-轨道-隧道-土体空间耦合动力学模型,分析车辆荷载作用下轨道-隧道系统的动力响应,与等效刚度法进行对比,并探讨超弹性本构中枕下胶垫的合理硬度。研究结果表明:基于超弹性本构仿真得到的轨道各位置位移、加速度数据更真实准确;随着枕下胶垫硬度减小,隧道壁加速度有效值减小,但会放大轨枕垂向位移及下部结构75 Hz频段的振动;综合考虑轨道动力响应、振动传递特性及减振效果,建议弹性长枕轨道枕下胶垫的绍尔硬度取52。     

NiTi形状记忆合金丝拉伸试验研究

通过对常温下的NiTi形状记忆合金丝进行拉伸试验,研究这种形状记忆合金材料的超弹性能力和加卸载循环下的耗能能力.根据试验结果分析应变幅值、加载频率和循环次数对这种记忆合金材料在奥氏体状态下加卸载循环时的等效刚度、单位循环的耗能能力和等效阻尼比的影响,并对三个特征参数随工作温度变化的规律进行了理论分析,为形状记忆合金阻尼器在工程结构中的应用奠定基础.     

TiNi形状记忆合金及其在医学中的应用

介绍了形状记忆合金几种重要特性及主要类型,重点综述了医用TiNi形状记忆合金的发展现状及应用。资料表明,现有记忆合金中仅有TiNi合金能够同时满足化学和生物学可靠性要求,是目前医学上使用的唯一一种记忆合金。因其具有奇特的形状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性,它在临床和医疗器械等方面获得了广泛的应用。但由于缺乏系统的研究,对于可靠而有效的表面处理还缺乏统一的认识,因此,这方面的工作还亟待补充和完善。     

橡胶衬套动态特性研究

在橡胶超弹性及黏弹性本构模型基础上,提出超-黏弹性本构模型。以某车前悬架控制臂橡胶衬套为研究对象,建立其动态特性有限元模型,并将仿真结果与试验数据对比。结合已有的橡胶衬套动态特性试验数据,采用自适应响应面法识别得到与研究对象匹配精度较高的频域黏弹性本构模型参数。建立其动态特性相应工况的有限元模型,进而得出橡胶衬套动态特性迟滞回线,求得阻尼角信息,完成橡胶衬套动态特性信息重建。     

多晶CuZnAl形状记忆合金的热机循环效应（Ⅱ）

用光学显微镜原位动态观察研究了多晶ＣｕＺｎＡｌ记忆合金在热机循环中的组织转为特征，电镜研究提示了热机循环在马氏体中引入的缺陷及对热弹性马氏体转变的影响。讨论了微观组织形态和亚结构变化导致宏观性能变化的机制。     

基于超弹性模型的牙周膜生物力学响应

牙周膜应力-应变关系表现为指数形式,为了更准确地研究牙周膜的生物力学响应,提出采用指数形式的超弹性应变能函数进行研究.基于连续介质力学理论推导出超弹性模型本构关系,使用人体牙周膜单轴拉伸实验数据并利用最小二乘法对超弹性模型进行参数拟合,同时进行拟合误差分析.结果显示较少参数的Mooney-Rivlin指数模型能更好地拟合实验数据.利用ABAQUS材料子程序UHYPER编制模型的接口程序,通过对拉伸实验情况的模拟计算,验证了开发的模型子程序的有效性.最后,比较分析了正畸力下的超弹性与线弹性牙周膜的生物力学响应.结果表明:应力和应变主要集中在牙周膜牙颈和根尖处,且超弹性牙周膜中部存在局部应力集中;Mooney-Rivlin指数模型能提高牙周膜瞬时弹性响应的预测精度.     

NiTi-TiB_2原位复合材料的成分探索与性能研究

NiTi形状记忆合金具有诸多功能特性,如超弹性、高阻尼性和形状记忆效应等,因而得到广泛应用。TiB_2陶瓷具有高硬度、高耐磨性和高模量特性,但其脆性限制了其应用。将记忆合金与TiB_2陶瓷复合,有望获得超常性能:兼具高强度、高模量、超弹性、高硬度、高耐磨等力学性能,以及因耦合而产生的崭新功能特性。采用电弧熔炼Ti、Ni、B的方法,原位合成NiTi-TiB_2复合材料,对B含量不同的6种复合材料的可逆马氏体相变、显微组织、成分及硬度进行了初步探索。结果显示,NiTiB合金中含有NiTi记忆合金相以及Ti_2Ni和TiB_2陶瓷相。随着B含量升高,TiB_2陶瓷相由线状变化为粗大的块状,并且Ti_2Ni和TiB_2陶瓷相含量也随之逐渐升高。NiTi基体具有良好的抑制裂纹扩展功能。含B量为4%、6%和14%样品的硬度都普遍高于二元NiTi记忆合金,其中含14%B样品最高硬度与陶瓷相当。     

循环加载下TiNi形状记忆合金超弹性变形行为

超弹性是形状记忆合金（shape memory alloy,SMA)重要的力学性能之一，通过试验研究了具有不同加载速率和不同试验温度的循环加载条件下TiNi形状记忆合金超弹性变形行为。分析了循环变形期间相变应力和弹性模量变化的特性。得到了加载期间残余应力和残余应变的关系。在具体循环变形的机械训练之后，研究了不承载情况下加热和冷却所产生的两方向变形。     

多晶CuZnAl形状记忆合金的热机循环效应（I）

以室温组织为马氏体的多晶ＣｕＺｎＡｌ形状记忆合金为试验材料，通过保持一定们伸应在相变温度范围热循环实现了记忆合金在周期变化的温度和应力复合作用下热机循环，用电阻法及应力测定法研究了热机循环中电阻－温度曲线及应力－温度曲线随循环次数的变化规律，对热机循环后合金中的热弹性马氏体转变特征及获得的双程记忆效应进行了研究。     

多晶CuZnAl形状记忆合金的热机循环效应（Ⅰ）

以室温组织为马氏体的多晶ＣｕＺｎＡｌ形状记忆合金为试验材料，通过保持一定拉伸应变并在相变温度范围进行热循环实现了记忆合金在周期变化的温度和应力复合作用下的热机循环．用电阻法及应力测定法研究了热机循环中电阻－温度曲线及应力－温度曲线随循环次数的变化规律，对热机循环后合金中的热弹性马氏体转变特征及获得的双程记忆效应进行了研究．     

基于内嵌式SMA电机的多指手驱动控制系统

提出了嵌入式方法,室温时将多根形状记忆合金丝嵌入液态橡胶中固化成弹性棒,由此构成内嵌式形状记忆合金电机.以结构小巧紧凑、功能完备稳定的人手为模型与目标,直接将内嵌式形状记忆合金电机作为指节,构造多指拟人机械手.阐述了记忆合金机械手的驱动控制系统的构成与实现.对DSP最小系统、加热模块、检测模块进行了设计.进行了软件系统的规划和实现,构建了完整的记忆合金机械手驱动控制系统.对单机阶跃响应以及多机协调运行等内容进行了实验研究.实验表明,单指节响应上升时间约为0.55 s,机械手基本能够按预定轨迹运行.     

基于黏弹性模型的牙周膜生物力学研究

同时使用人体牙周膜的1组单轴拉伸和1组简单剪切的试验数据,对现有的几种超弹性应变能函数进行了参数拟合,结果表明Ogden模型比其他模型能更好地拟合实验数据.基于生物力学的原理,对实验获得的归一化应力松弛函数进行了分析推导,并转化为基于Ogden应变能函数的黏弹性模型;利用获得的牙周膜本构模型,对上颌的第一前磨牙的牙周膜使用线性黏弹性模型,对正畸初始阶段的受力情况进行了仿真模拟,研究分析了黏弹性对正畸过程中牙周膜力学响应仿真结果的影响.研究结果表明:Ogden模型可以较好地拟合人体牙周膜试验的2组数据;使用不可压缩的Ogden模型与使用线弹性模型获得的牙周膜力学响应有较大差别,牙周膜组织上各处的黏性响应与其位置有关.     

SMA纤维混杂层合板PE阻尼振动响应研究

建立了形状记忆合金纤维混杂复合材料矩形层合板振动响应的理论分析模型。首先提出简化的描述ＳＭＡ超弹性应力－应变关系的分段线性化模型,采用多胞细胞力不方法确定ＳＭＡ纤维浊支板的宏观力学性能参数;根据层合板力学分析方法建立ＳＭＡ纤维混杂交交对称铺设矩形板在超弹性相变阻尼影响下的横向振动响应求解的数学模型。     

CuZnAl形状记忆合金超弹性的研究

研究了不同热处理工艺、晶粒束缚以及工作温度、应力循环、热循环和应力热循 环对 ＣｕＺｎＡｌ合金超弹性的影响。试验结果表明：合金常规淬火获得最佳超弹性的 淬火加热温度为８９０℃，对于所研究的线材试样而言，保温时间与线材直径有关；合 金采用双相区淬火，可获得较好的超弹性，其最佳淬火加热温度为７００℃，保温时间 为１０ｍｉｎ；晶粒束缚影响合金的超弹性，ｇｓ／Ｄ越大，晶粒束缚越小，超弹性越好； 合金的超弹性与工作温度有关，超弹性最佳值是在Ａｆ点以上一段温度范围内．其下限 温度为Ａｆ点以上１７～２２℃。合金在应力循环后出现了循环软化现象而不是循环硬 化现象，应力循环后，相变的熵及焓变降低；热循环和应力热循环均使合金的相变点 提高。     

船用945钢的低循环疲劳行为

通过恒应变控制的低循环疲劳试验,本文研究了船用945钢的低循环疲劳行为.得到了该钢的循环应力一应变曲线和应变一寿命关系,验证了该钢属于循环软化材料,具有典型的Masing特性.另外,还讨论了该钢的循环非弹性响应规律.     

悬架舒适性橡胶衬套静-动态特性研究

以某车麦弗逊前悬架控制臂舒适性橡胶衬套为对象,依据超弹性本构理论的应变能密度函数与已有的橡胶材料基础试验数据,确定Yeoh本构为该衬套超弹性本构模型来描述衬套静态特性;并采用广义Maxwell模型与已有超弹性本构模型叠加方法,提出了超-黏弹性本构模型来描述衬套动态特性;进行衬套静、动态结构试验并获取衬套轴向与径向部分静、动态特性试验信息,将仿真曲线与试验曲线的一致性作为优化目标,利用Hyper Study集成优化算法—自适应响应面法(ARSM)并调用ABAQUS求解器对衬套超弹性与黏弹性材料本构系数进行识别优化,以获取匹配该衬套特性精度较高的超弹性与黏弹性本构参数。利用识别后较高精度的超弹性本构与粘弹性本构参数,结合有限元分析技术,完成该橡胶衬套静-动态特性全信息重组。