2020年细胞力学热点回眸

 概述了2020年细胞力学研究的热点和进展，探讨了细胞膜表面张力、细胞粘附力、细胞弹性模量、细胞与纳米颗粒相对刚度等对细胞生物学行为的影响及其在疾病诊疗中的应用。     

软刚臂系泊系统水平系泊力原型测量方法

以渤海某在役的浮式储油卸油装置(FPSO)软刚臂为研究对象,对其系泊力的测量方法从应变、位移和运动姿态3个方面进行了讨论,并对测量的精度及准确性进行了分析.结果表明,3种方法在测量精度上大体相同,而长期稳定性和成本上倾角仪(运动姿态)方法要好于其他两者.系泊力原型测量方法的应用,不但可以使作业者有效保障现役FPSO的系泊安全,而且其测力结果亦可作为软刚臂系泊性能评估的重要参考.     

频带约束下刚架结构优化问题可行域研究

研究频带约束下刚架结构轻量化设计问题的可行域基本性质.刚架结构中梁的断面积取为设计变量,采用欧拉-伯努利梁的动力刚度法及W-W算法精确求解结构的固有频率值.利用W-W算法的特征值计数原理,研究了前述优化问题的可行域的形状和联通性,发现可行域呈现复杂的形状,由多块非联通子域组成,并且部分可行域子域可以是低维的.还以三杆梁的尺寸优化和拓扑优化为例,给出了可行域的具体形状,展示了这一优化问题的可行域具有"强奇异性".可行域的这一特点给基于梯度类的优化算法带来了极大的困难,需要采用其他手段处理,也使这类问题有望用于测试各类优化软件算法.     

液压蓄能器隔膜在动荷载下应力响应研究

应用有限元方法建立了液压蓄能器橡胶隔膜动荷载作用下的有限元模型.将蓄能器隔膜与钢壁封闭的曲面作为控制面,通过坐标在控制面内积分得到氮气腔的控制体积.控制体积内根据理想气体热力学方程可得氮气压力.假定橡胶为不可压缩、各向同性材料,选用Ogden超弹本构模型作为橡胶材料模型,并通过单轴拉伸试验确定了材料模型的参数.通过计算得出了蓄能器橡胶隔膜在氮气压力及油压的动荷载冲击下的变形和应力响应.从结果中分析出导致橡胶隔膜发生破坏的原因,对原橡胶隔膜的形状和尺寸进行了修改,并通过计算验证得出了满足材料强度的橡胶隔膜模型.     

Mindlin板弯曲和振动分析的高阶杂交应力四边形单元

基于Mindlin板理论提出了一种高阶八节点杂交应力四边形单元.该单元不仅能通过零剪力分片检验,而且能通过非零常剪力增强型分片检验.单元边界位移插值采用任意阶Timoshenko梁函数,对不同厚跨比的四边简支、固支方板,以及圆板进行了弯曲和自由振动分析,数值结果表明无论对薄板还是中厚板,该单元均是准确和有效的,并且具有几何不变性.     

考虑锻件塑性变形的锻造系统动力学建模

提出了一种改进的锻造系统动力学建模方法,采用能够考虑锻件塑性变形的弹塑性离散弹簧模型模拟锻砧和锻件之间的接触行为.结合有限元法和拉格朗日方程建立了锻造系统在锻压过程中的动力学控制方程.通过与商业软件LS-DYNA显式有限元模型的仿真结果以及其他的结果的比较,验证了所提出模型的有效性和优越性,研究表明接触边界条件对锻造系统的动力学响应影响明显,在精确的响应计算中锻件的塑性变形效应不可忽略.     

高强度钢板的热塑性成形极限

以22MnB5为研究对象,通过试验与数值模拟相结合的方式研究了高强度硼钢在高温下的热塑性成形极限. 开发了基于Nakajima测试的成形极限试验装置TFLD300,进行了高温条件下的成形极限试验并获得了不同温度下的成形极限曲线,由此建立了考虑温度影响的三维成形极限图3D-TFLD(thermal forming limit diagram). 在自主开发的商业金属成形软件KMAS(king mesh analysis system)基础上,结合热成形热、力及相变多物理场耦合关系开发了热成形分析模块,并将三维成形极限图作为高温成形性的判断准则引入到热成形数值模块中. 以一款汽车B柱为例,通过KMAS软件对其热成形过程中的破裂情况进行了数值模拟,并与试验进行对比,结果证明KMAS软件热成形分析模块和3D-TFLD能够准确地预测板料在热成形过程中的破裂情况.     

改善复杂形状的热成形先进高强钢汽车结构件成形性的工艺开发和机理分析

针对具有形状要求的先进高强钢(AHSS)汽车结构件热成形时经常发生破裂现象,从其各处分布的不同应力方式对样件微观结构、厚度分布和力学性能影响作用存在差异的角度分析,首次利用高速加热炉、急冷处理室和带有冷却水道模具的一体化实验设备,通过在冲压前设计急冷处理新方法,即由现有工艺的奥氏体化后直接冲压成形,转变成先经急冷处理,然后到700°C左右成形,其目的是:使得样件上以拉应力为主的加载区,因具有较好硬化指数n值而获得较好成形性;以压应力为主的某些抑制马氏体相变区域,因提前的急冷处理而在微观奥氏体母相中增加马氏体新相形核的几率,获得致密的组织结构,以改善强韧性.实验证明,通过冲压前的急冷处理,样件更为完整,未出现开裂现象;微观具有明显细化的马氏体排列形态;宏观硬度分布均匀,且都在460 Hv以上,能够满足高强度、高韧性的性能要求.从而,验证了该急冷方法的科学有效,并突破了国内现有热成形AHSS易开裂的瓶颈问题,为建立我国自有知识产权、复杂形状的热成形AHSS结构件生产工艺路线提供了依据.     

基于泰勒级数展开法的船舶水动力数值预报

为减小由大、小时间参数区域划分不明确所导致的三维时域Green函数的数值误差,在大、小时间区域交界处采用泰勒级数展开法对三维时域Green函数进行计算.基于线性叠加原理,采用脉冲响应函数法对船舶辐射问题与绕射问题进行求解.将Wigley Ⅰ型船作为研究算例,数值计算结果表明:本文计算的三维时域Green函数数值精度在大、小时间参数过渡区域内提高了四个数量级,水动力数值计算结果与其他文献结果及试验结果吻合较好,证明了本文所建立的水动力分析模型的可靠性.     

影响螺纹副轴向力分布均匀性的关键因素分析

通过对螺纹连接结构承载分布问题的理论分析与数值模拟,探索影响螺纹副轴向力分布均匀性的关键因素.首先对螺纹副轴向承载分布进行理论分析,提出依据螺纹副截面上单位长度荷载F与螺纹牙相对变形u的关系曲线确定轴向力分布的解析方法.理论分析表明,当F-u关系曲线呈屈服形状时,螺纹副轴向承载力分布更加均匀.其次,对施必牢螺纹副进行分析,发现其F-u关系曲线呈现出屈服特征;从牙型设计、材料塑性和螺纹错动三方面进行分析,阐明施必牢螺纹副承载分布均匀性好的力学机制;最后,详细分析了螺纹副径向尺寸系数、摩擦因数和材料特性等因素对螺纹上轴向力分布的影响规律.