梯度压电悬臂梁的解析解及其逆问题

在平面应变状态下,考虑材料压电参数的梯度特性,采用逆解法求解了悬臂梁受力偶和外加电压作用时的解析解,并通过与基于BaTiO3陶瓷所得实验值的对比发现,其结果与N层压电板组成的悬臂梁当N趋于∞时其端部弯曲位移值十分接近,且悬臂梁内部应力场逐渐减少为零的结论在此得到了验证.基于所得到的解析解,提出了梯度相物性参数识别的方法.     

表面粗糙度对双曲冷却塔风压分布的影响

对不同粗糙条参数组合下冷却塔风压分布进行测试,分析粗糙度对平均风压和脉动风压的影响.研究结果表明:粗糙条宽度b对风压分布影响较小,而粗糙条高度k和数量n影响较大;粗糙度系数k/s能较准确描述粗糙度大小,当k/s一致时,不同粗糙条数量n与高度k组合下的平均风压基本一致,但高度大的脉动风压小;粗糙度对正压分布和背压大小影响较小,而最小负压系数幅值、脉动风压系数峰值随粗糙度的增大而减小,背压稳定区宽度则略有扩大;尽管通过增大模型表面粗糙度能有效地在较低雷诺数条件下实现高雷诺数下的平均风压分布,但脉动风压模拟的准确性需要通过大型冷却塔风压实测进行验证.     

基于应变信号时频分析与 CNN网络的车辆荷载识别方法

针对现有神经网络车辆荷载识别方法的识别精度不足且训练样本采集困难的问题,提出了一种基于应变信号时频分析与CNN网络的车辆荷载识别方法,对移动车辆总重进行荷载识别.首先,利用连续小波时频变换方法处理桥梁跨中应变信号,得到应变信号的时频特征,并利用双线性插值算法将时频信号矩阵变为大小为64×64的数值矩阵,作为CNN网络的输入数据;其次,利用CNN网络的回归学习算法,在训练少量数值矩阵后直接建立应变响应与车辆荷载的映射关系,从而实现对未知车辆荷载的识别;最后,通过模拟试验发现虽然在不同路面粗糙度和噪声影响下,CNN网络的荷载识别结果会受到不同程度的影响,但在一定范围内的路面粗糙度和噪声影响下仍然能较精确地识别车辆荷载.     

基于分形理论和随机抽样的机加工表面粗糙度轮廓曲线几何形貌共性表征

不同表面粗糙度下的轮廓曲线几何形貌共性特征,是建立机加工金属密封面微观泄漏模型,计算气体泄漏率定量评估密封性能的基础前提.首先,通过Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度加工参数,模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度值的粗糙表面轮廓曲线.然后,依据不同样本容量和表面粗糙度下平均峰角、平均峰高和三角峰数目/样本容量等轮廓曲线形貌特征统计数据,分析得到模拟曲线几何共性特征.最后,采用分形理论中剖面位形法,通过数据拟合得到粗糙表面轮廓曲线几何形貌特征值(平均峰角和平均峰高)与分形参数(分形维数和分形标度)间的函数关系.结果表明:机加工表面粗糙度与分形维数一一对应,使得用分形参数定量描述粗糙表面轮廓曲线成为可能.     

基于近场动力学的二维疲劳裂纹扩展模型

为模拟二维疲劳裂纹的扩展,建立了一种基于普通态基近场动力学的疲劳裂纹扩展模型.首先,在普通态基近场动力学模型的基础上,利用动态松弛算法得到最大循环载荷下键的应变值,并通过计算物质点的平均键应变值确定裂纹尖端位置及损伤区域.然后,在模拟过程中设置循环断键数,当损伤区域内的断键数达到循环断键数时,更新键的应变值并进行下一轮运算.最后,分别通过模拟紧凑拉伸试样和中心斜裂纹板的疲劳裂纹扩展来验证模型的有效性.结果表明,设置合适的循环断键数后,模型计算效率得到提高,且能获得精细的裂纹扩展路径和准确的裂纹扩展速率,所得裂纹扩展路径及a-N曲线均与试验结果一致.     

预拉伸铝合金厚板内部残余应力分布的测试方法

根据弹性力学理论,针对铝板内部拉、压应力分布所产生的两种不同应变情况,推导出适应不同应变情况的改进剥层应变法.为验证该方法的准确性,通过有限元的方法对试件施加已知的初始内应力,运用生死单元技术模拟材料的去除,将得到的应变代入利用推导公式设计的VB数据处理系统中求出剥层深度应力.将求得的应力与初始已知的应力相比较,发现两者能很好地吻合,说明该方法可以用于预拉伸铝合金厚板内部残余应力的测量.     

基于表面粗糙度修正的冷却风扇数值模拟方法研究

为了进一步提高冷却风扇多重参考坐标系(MRF)模型的数值模拟精度,结合壁面函数进行粗糙度修正,并分析MRF模型的影响因素。首先,以黏性底层中第一层网格离壁面的无因次速度u~+与距离y~+相等为依据,得到粗糙度常数、粗糙度高度与y~+之间的代数关系;根据实际壁面类型,得到修正后的y~+值与第一层网格高度,将其带入标准壁面函数进行近壁面修正。最后,以某型号冷却风扇为例,研究湍流模型、网格数量、表面粗糙度修正等因素对风扇数值模拟结果的影响。结果表明,模型可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动,更适合风扇的旋转流动,对风扇等旋转机械的模拟具有更高的准确性;过密的网格数量会使得计算结果出现波动;表面粗糙度修正改善了性能曲线上的一些畸点,在风扇常用工况范围内,使得试验值与仿真值的偏差由5%降低到修正后的3%以内。     

冷却塔混凝土粗糙度对平均风压系数的影响

采用CFD方法研究全尺寸双曲冷却塔表面混凝土粗糙度对风压系数的影响.在规范规定的粗糙度范围内,分别对表面混凝土光滑以及表面混凝土有不同粗糙度高度的冷却塔全尺寸模型进行了数值模拟.将不同工况下的风压系数计算值与以往文献的风洞试验和现场实测数据进行了比较.研究结果表明:冷却塔全尺寸CFD模拟虽然解决了雷诺数相似问题,但纯粹...     

力测试分析系统及其应用

目的　研究上颌总义齿基托的力及应变性质 .方法　研制口腔生物力学测试与分析系统 ,并应用其在架上对模拟咀嚼的过程进行力和应变测试 .结果　通过实验取得各种情况下上颌总义齿基托的力及应变值 .结论　通过对力、应变、平衡及基托的变形模式进行初步分析 ,确立基托上力的分布规律以及力与应变的关系 .为指导临床实践提供可靠依据和行之有效的检测手段     

双钢板混凝土组合墙平面内抗剪性能:理论分析与数值模拟

为了研究核电工程中双钢板混凝土组合墙体平面内受剪机理以及平面内受剪荷载与应变的对应关系,以7个核电工程中平面内受剪双钢板混凝土组合墙体的试验数据为基础,通过对组合墙体受力的合理简化假设,推导出组合墙在不同受力阶段时的荷载公式和应变公式;并进行有限元模拟与之对比.比较结果显示,计算值和有限元值与试验值吻合较好,但计算值的极限荷载略小于试验测得的极限荷载,到达极限荷载时有限元计算的应变值要小于试验测得的应变.进一步分析表明,有限元分析结果能反映极限荷载时混凝土墙体的裂缝方向,栓钉和拉结筋对平面内受剪时极限荷载有一定的影响,而有限元分析中较难准确模拟出组合结构平面受剪时的边界条件.     

置入FBG传感器的CFRP加固RC梁在线监测技术研究

近年来，复合材料加固混凝土结构的健康监测已引起国际工程界的广泛关注．使用埋入式布拉格光栅（FBG）传感器可以实现对复合材料加固混凝土结构应变使用状态的远程实时监测．作者首先讨论了FBG传感器埋入碳纤维复合材料（CFRP）层间的界面传递特性，通过实验验证了固化于CFRP中的FBG传感器的应变传感特性．FBG传感器被埋入到用来加固钢筋混凝土（RC）梁的CFRP层间和梁内部受拉钢筋上，通过监测FBG光栅传感器波长的变化就会得到测点的应变值．实验结果表明，FBG传感器测量值与相同位置布设的传统电阻应变片测量值具有很好的一致性，同时测量值与有限元模拟值也十分一致．     

植物叶片中轴图式与力学自适应性的关系(II)——不同向量角的叶脉结构和叶片拓扑图

为了探讨植物叶片的叶脉结构是否与其维持内部的总应变能最小有关,建立了6种具有不同侧脉向量角的叶脉网络模型,并对其进行了数值模拟.分析表明,与其它模型相比,按原始叶片建立的模型具有良好的机械性能,且始终能维持较小的内部应变能.此外,由单载荷场与多载荷场下的植物叶片拓扑图可知:应力是叶脉生长的诱导因素之一;除了实现自身的生理功能之外,为适应复杂环境应力的变化,叶脉网络已经演化成了一种稳定的具有自适应性的中轴图式结构.     

静钻根植桩低应变动力响应的现场试验和数值模拟

针对静钻根植竹节桩的成桩特性,通过现场试验和有限元数值模拟,研究桩周水泥土随着龄期变化对竹节桩低应变测试曲线的影响.首先通过现场试验,得到现场试桩在水泥土不同龄期的低应变曲线,发现桩端反射信号的幅值和到达速度均受到水泥土硬化的影响;同时通过室内弯曲元试验,测得不同龄期下相同配合比水泥土的切变模量;然后通过多次反演拟合,建立三维有限元数值模型,结合室内试验结果,对竹节桩低应变测试特性进行研究;接着将模型曲线与实测曲线进行对比,重点研究了桩端低应变反射信号的幅值和综合波速,两者曲线特性符合良好;最后对三维有限元数值模型进行参数分析,分析桩周普通土和桩底土切变模量对桩身低应变曲线的影响.结果表明:桩周水泥土在随着龄期硬化期间,会导致桩端反射信号幅值逐渐变小,在5 d以后已较难分辨;同时,低应变测试的综合波速也会随之增大,但是均明显小于竹节桩在地表时的波速,该数值模型能较好的模拟静钻根植竹节桩的低应变动力特性;参数分析说明,桩身低应变测试的综合波速变化与桩周普通土和桩底土的切变模量变化无关,仅由桩周水泥土引起.     

开放性裂隙岩石三轴加载破坏前兆信息

含节理的岩质边坡开挖卸荷时易发生突发性失稳破坏,对含不同岩桥长度的花岗岩试件开展三轴加载试验,运用红外热像仪全程采集,引入温度特征粗糙度,研究含节理岩石试件三轴加载过程中临空面上平均温度变化和温度特征粗糙度变化特征,将温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线对比分析.研究表明:温度特征粗糙度在试件破坏前夕出现突跳现象,而此时平均温度无任何异常表现,温度特征粗糙度前兆性优于平均温度;温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线三者阶段性较为一致,温度特征粗糙度突跳现象均略提前于声发射振铃计数率陡增和应力应变曲线下降;不同岩桥长度试件的温度特征粗糙度变化特征较为一致,以此作为研究指标受节理长度影响较小.研究结果可为节理岩质边坡开挖卸荷防治提供理论参考.     

浅谈等强度拱形杆件的计算机模拟

利用大型有限元程序ANSYS对两拱脚受水平拉力作用的等强度变截面空心拱形杆进行计算机模拟,通过模拟得到应变云图、应力云图、位移云图,通过后处理获得应变值和拱脚位移值。     

Cr15Mn9Cu2Ni1N不锈钢热变形过程的动态再结晶动力学及影响因素

采用Thermorestor-W热模拟试验机,对Cr15Mn9Cu2Ni1N不锈钢进行热压缩试验,研究其在变形温度950～1 200℃,应变速率0.01～2.5s-1条件下的动态再结晶行为.当变形温度高于1 000℃后,Cr15Mn9Cu2Ni1N不锈钢的变形以动态再结晶为主,且随温度升高,峰值应力对应的应变减小.利用应变硬化率-应力曲线确定的材料动态再结晶临界应力σc、峰值应力σp、饱和应力σss(e)和稳态应力σs的数值,回归得到临界动态再结晶应变εc与Zener-Hollomon参数的关系,并确定临界应力与峰值应力的关系.通过建立Cr15Mn9Cu2Ni1N不锈钢的热变形动态再结晶Avrami模型,分析应变速率和变形温度对Avrami曲线的影响,表明应变速率比温度对Cr15Mn9Cu2Ni1N不锈钢的动态再结晶Avrami曲线的影响更加显著.     

PBX9501炸药冲击响应的物质点法模拟

采用Uintah计算程序中的物质点方法对PBX9501炸药的冲击响应进行了细观数值模拟.基于PBX9501的细观显微图像建立了相应的二维计算模型,并通过以固定速度运动的活塞对炸药进行冲击加载.模拟结果表明,冲击加载下在炸药颗粒边界出现较大的塑性应变,随后,塑性应变能转化为热能,导致颗粒边界区域温度急剧升高形成热点.文中还研究了冲击波强度对炸药冲击响应的影响,发现随着冲击波强度的增加塑性应变和温升分布并未发生明显改变,但是塑性应变和温升的值都大幅增加.也就是说,冲击波强度越大,导致的热点温度越高.     

饱和重塑黄土动力反应的数值模拟

将具有粉质黏性的马兰黄土重塑后制成饱和试样,进行了一系列的固结不排水动三轴剪切试验,得到不同动应力幅值下的应力应变曲线.以双曲线型骨干曲线为基础,以动态骨干曲线假设为条件,推导了复杂动荷载下用轴向动应力应变表示的卸载、再加载曲线方程.从应力应变曲线和能量消耗两方面对固结不排水动三轴试验进行了数值模拟分析,并与试验结果进行比较,结果表明:当动应力幅值与固结围压之比在一定范围内时,两者的阻尼比接近;当动应力幅值较大时,两者的卸载曲线较为一致.提出的数值方法能较好地模拟重塑饱和马兰黄土的固结不排水动力反应,可为马兰黄土地区的土动力反应分析提供参考.     

符合Gauss分布规律的随机粗糙表面数值模拟

为了研究目标表面激光和红外光散射特性,首先必须对材料表面粗糙度进行数值模拟,这是表面散射特性研究中的基础和关键.本文按照指数自相关函数关系建立二维粗糙表面统计分布规律数值模型,对随机粗糙表面轮廓进行描述,由计算机模拟生成粗糙度相关参数,如高度平均值、相关长度和均方根高度,进而生成随机数值表面.并结合实测的抛光花岗岩表面粗糙度相关参数进行模拟,其表面状态符合Gauss分布规律.     

调节阀内部流场的数值模拟与试验分析

对某一广泛应用的套筒型调节阀内部流场建立模型.通过前处理器生成计算网格,应用CFD软件进行离散求解,得到调节阀内部流场的可视化图形,数值模拟不同开度下流量,绘出调节阀的流量特性曲线,与试验测定的数据进行比较分析.结果表明模拟值与试验值较好的吻合,为后续优化和设计工作提供依据.