2019年微纳米力学热点回眸

 微纳米尺度下材料的力学性能与样品的尺寸和表界面等物理量密切相关，因此纳米材料的力学性能可以在很大范围内进行高效的调节，使得纳米材料能够拥有超轻、超硬、以及高断裂强度和高韧性等卓越的力学性能。从尺度缺陷效应和生长机理、屈曲机理分析和应用、界面力学性能和应用、生物和软物质力学性能、软体机器人、机器学习等方面盘点了微纳米力学2019年取得的研究成果。     

某纯电动轿车车内轰鸣实验分析及改进研究

在某纯电动轿车NVH性能开发过程中,试验车在粗糙路面出现车内噪声过大并有明显的轰鸣感,主观驾评中该问题列为不可接受,严重影响客户乘车舒适性。为此通过试验识别车内轰鸣特性,在路径上对各零部件进行诊断,锁定了顶盖为轰鸣感主要贡献源。针对顶盖轰鸣现象,借助有限元分析方法对顶盖局部结构进行增强优化设计,最终对车内轰鸣有所改善并提升乘车舒适性。该研究对纯电动轿车车内轰鸣识别排查及改进提供了一定的指导价值。     

压力下HfCr2合金的电子结构和弹性性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对实验上发现的HfCr_2合金立方和六角相在0～20GPa范围内的稳定性、电子结构和弹性等进行了研究.计算结果表明,在研究的压力范围内2种结构在力学上都是稳定的,但从能量上看,立方相结构能量更低,从而六角相以亚稳态存在,这与实验结果相符.随压力增加,HfCr_2合金的体模量B、剪切模量G和杨氏模量E的值均增加,但剪切模量值始终最小,表明合金抗剪切能力较差.对合金的弹性各向异性研究发现,在研究压力范围内2结构都展示出较强的各向同性,但随压力增加,立方相各向同性增强,而六角相则减弱.对各向异性的进一步研究表明,立方相和六角相的体模量总体上呈现出较强的各向同性,而杨氏模量则呈现一定的各向异性.对HfCr_2合金泊松比和G/B值的研究表明,2个相在0 GPa下均表现出延展性,且随压力增加延展性增强.最后,研究HfCr_2合金的应力-应变关系,结果表明对于立方相结构,理想的拉伸强度和剪切强度分别发生在[1 0 0]方向和(1 1 1)■方向,而对于六角相结构,则分别发生在[0 0 0 1]方向和■方向.     

一种力感知型手术器械驱动装置的设计与实现

为了增强医生手术操作的临场感,设计了一种力感知型手术器械驱动装置,在非常紧凑的空间内同时实现了手术器械旋转、俯仰、偏航和开合4自由度的传动和力感知功能.对力感知组件中关键组件弹性变形体的三种结构设计方案进行对比与优化,确定了一种可行且易于加工的弹性变形体结构,并试制了力感知手术器械驱动装置样机;提出了一种通过惠斯通电桥间接测量该变形体变形来测量力/力矩的方案,根据应变片阻值变化测量手术器械各自由度力/力矩,实验验证了弹性体设计方案简单可行.提出的力感知型手术器械驱动模块具有成本低、运动灵活、力测量精度适中且易于消毒的特点.     

锁固段损伤过程中的能量转化与分配原理

锁固段是主控构造地震产生的地质结构，研究其损伤过程中的能量转化与分配原理，可加深对其损伤行为和能量演化机制的理解.基于能量守恒原理，阐明了受载锁固段内裂纹扩展时储存弹性应变能的转化与分配关系，提出了锁固段破裂事件的地震波辐射能计算公式.据此，在孕震断层多锁固段脆性破裂理论框架下，推导了主震判识的震级准则，论证了锁固段累积Benioff应变比与剪切应变比的等效性，提出了锁固段破裂事件的震源参数计算方法.实例分析表明，该方法可靠.该研究成果在主震判识、震源参数估算与复核等方面具有良好的应用前景.     

三维MHD方程在BMO空间中的正则性准则

利用能量估计的方法以及Bernstein、Young等不等式,在BMO空间中得到三维方程用水平速度场和水平磁场刻画的三维MHD方程弱解的正则性准则。     

微动并联机构柔性平板移动副求解

柔性关节的柔度是影响微动机器人机构整体机械性能的关键因素。基于一种二维平动并联微定位机构,应用卡氏第二定理建立了适于柔性平板移动副柔度的计算公式,分析了各柔度系数在其运动平面内随结构参数的变化规律,利用有限元验证了理论计算公式的正确性,并将其计算结果与传统计算方法所得结果进行了比较。该方法考虑了剪切变形的影响,理论计算精度得到了明显提高,为今后高精密微动机构的设计和精度分析提供了理论基础。     

附加应力场和滤失作用下页岩水力压裂开裂机理

为了研究含有天然微裂隙和层理的页岩储层在压裂液产生的滤失和附加应力场共同作用下的开裂机理,采用复变函数保角变换方法修正了传统附加应力场解析解,基于最大拉应力强度理论,通过解析分析比较储层基质、天然裂隙和层理的复杂应力状态及相应的强度,得出水力压裂主裂纹遇天然裂隙或层理后的开裂机理和扩展方向.基于莫尔强度理论分析讨论被裂纹穿过后的储层次裂纹形成机理.结果表明:水力压裂主裂纹尖端拉应力集中,发生张性破坏;被主裂纹穿过的天然裂隙或层理在附加应力场和压裂液产生的滤失作用下发生剪切破坏,形成滑动次裂纹;附加应力场增大裂纹附近的最小地应力、降低裂纹附近的最大地应力,不利于储层次裂纹的形成;降低排量、增加压裂作用时间,提高裂纹附近储层孔隙压力,降低有效应力,可促进储层次裂纹的形成.     

基于TRIZ的液压机保压方法研究

本文通过TRIZ方法对液压机保压过程进行分析研究,建立了液压机保压不足的"物—场"分析模型。利用标准解法,结合工程师设计经验,形成了液压机保压通用技术方案并探讨了其适用范围。并以合肥合锻机床股份有限公司的产品为实例,表明该方法在实际产品设计过程中的可操作性和有效性。