基材塑性模量对手性拉胀结构拉胀性能的影响

针对两种经典手性拉胀结构(三节点反手性材料和六节点手性结构),系统考察了基体材料塑性模量对其拉胀性能(负泊松比行为)的影响.结果表明:塑性变形会抑制三节点反手性结构的拉胀性能,基体材料塑性模量越小,其拉胀性能越差;与之相反,塑性变形会促进六节点手性结构的拉胀性能,基体材料塑性模量越小,其拉胀性能越好.此外,在初始变形时,两种结构的负泊松比响应均为各向同性,但随着变形的增加,负泊松比响应转为具有旋转对称性的各向异性.     

一种新型三维负泊松比织物结构的压缩变形分析

对一种具有负泊松比性能的三维织物结构的压缩过程进行分析,讨论其变形机理,得到结构参数与泊松比间相互关系.三维织物结构压缩过程分析中不仅考虑织物结构几何参数的影响,还讨论了经纬纱弹性模量的影响.这一原因使压缩过程机理分析结果与实验结果有相同的变化趋势,随着压缩应变的增加,该三维织物结构的负泊松比效应愈加明显.但压缩过程分析中对纱线属性的假设与实际有差距和忽略经纬纱间各部分接触作用对泊松比的影响,以及实验误差,导致分析得到的负泊松比性能随压缩应变的变化略高于实验结果.考虑了结构的各参数对织物结构泊松比的影响规律的变形分析结果,对新型三维织物结构的设计具有一定的指导意义.     

矿物成分强度对岩石单轴抗压强度的影响

利用FLAC3D数值模拟软件,构建了岩石单轴抗压强度试验数值模型。分析研究了矿物弹性模量E、泊松比ν、黏聚力c、摩擦角φ、剪胀角ψ以及加载速率V等对于岩石单轴抗压强度的影响规律。结果表明:岩石单轴抗压强度与弹性模量之间表现出较为明显的线性关系,即岩体中含有硬度较大矿物成分时,岩体强度呈增加趋势。泊松比增加岩石强度亦出现一定程度的增大,之间呈现指数函数关系。岩石所含矿物黏聚力、摩擦角升高,岩石单轴抗压强度升高。单轴抗压强度与黏聚力、摩擦角之间成多项式关系。岩石单轴抗压强度随剪胀角增加而增加,并成多项式关系。相较于摩擦角而言,摩擦角对于岩石单轴抗压强度的影响更大。UCS与加载速率之间近似呈直线关系。     

拉压强度不同材料矩形截面梁几何中轴的曲率方程

将材料本构关系简化成拉压屈服极限不同的理想弹塑性模型,推导了矩形横截面梁在完全弹性状态、单侧塑性状态及双侧塑性状态下依赖于压拉屈服极限比的几何中轴的曲率方程.并将其应用于悬臂梁的变形及各阶段极限荷载的分析,最后利用所得的解研究了材料压拉强度差效应对矩形截面梁塑性极限弯矩的影响.结果表明,考虑材料压拉强度差效应时梁的塑性极限弯矩将明显提高.     

一种低孔隙率材料负泊松比性能测试实验研究

为使学生充分理解材料负泊松比这一奇特的力学行为,针对一种含周期性异形孔的低孔隙率材料,开展其负泊松比性能测试实验研究。首先构建含周期性异形孔的低孔隙率材料的参数化模型,通过有限元方法开展仿真实验,计算有限尺寸的低孔隙率结构的等效泊松比。利用DIC数字图像相关技术对负泊松比材料开展实验研究,通过实验验证了低孔隙率负泊松比结构的拉胀特性,实验结果也验证了数值仿真实验的正确性。通过科研实践与教学实验结合,提高了教学效果,有效地激发了学生的学习积极性,提升了学生利用实验方法处理实际科研问题的能力。     

动态地表变形对输电铁塔内力和变形的影响

以某塌陷区上典型输电铁塔为背景,采用数值分析方法,分析了动态地表变形(水平变形和竖向变形)对输电铁塔结构附加内力和变形的影响规律.结果表明,输电铁塔在从盆地边部到中部的过程中,首先经历正曲率与拉伸作用,经过拐点后,又经历负曲率与压缩作用;输电铁塔底部杆件的轴力变化较上部杆件变化幅度大,随着高度增加,其轴力变化值越来越小;下部杆件主要受地表水平变形(拉伸、压缩)的影响,而上部杆件受竖向变形(倾斜)影响较大;输电铁塔支座的最大垂直位移差值出现在盆地中部与边部之间的1/2处,支座最大水平位移差值出现在盆地中部与边部之间的1/4与3/4处.     

钢纤维混凝土力学性能试验研究

对钢纤维体积率（Vf）为0～3％、基体强度为C50的钢纤维混凝土（SFRC）进行立方抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲强度、弹性模量和泊松比的测试，试验结果表明：SFRC抗压强度随Vf的增加仅仅有着小幅度的增长，正向立方抗压强度略大于侧向立方抗压强度；轴心抗压强度与立方抗压强度之比值在0．75～0．77之间：钢纤维对SFRC的抗拉、抗弯性能起着明显的增强作用，正向、侧向劈裂抗拉强度比值随Vf的增加而增大；SFRC的弹性模量和泊松比均是不敏感的材料参数，前者随材料抗压强度的提高而缓慢增加，后者随Vf的加大而略有减小．     

基于应变软化的岩石三轴抗压强度数值试验研究

利用FLAC3D数值模拟软件,构建了岩石三轴抗压强度试验数值模型。基于应变软化模型,分析研究了矿物弹性模量E、泊松比ν、粘聚力c、摩擦角φ、剪胀角ψ以及加载速率V等对于岩石峰值抗压强度的影响规律。结果表明:(1)初始加压阶段,岩石试件基本无声发射现象的产生;达到峰值强度前,迅速出现声发射现象,声发射次数突然增加,并逐渐至最高值;峰值强度后,基本无声发射产生;(2)三轴压缩试验试件破坏模式主要有单一贯穿性剪切破坏面、四周崩坍性张拉破坏面、X型剪切破坏面。对于不同围压情况,破坏面形态略有变化,但破坏以上述三种为主;(3)随着矿物颗粒弹性模量、加载速率的增加,峰值抗压强度逐渐增加,之间表现出较为明显的多项式函数关系;同时,峰值抗压强度随矿物粘聚力、摩擦角、剪胀角、侧限围压量值的升高而升高,各自之间成较为明显的线性函数关系;(4)岩石矿物泊松比大小变化与试件峰值强度间无较为明显的线性或非线性关系,即泊松比变化对于岩石峰值强度的影响较为复杂。     

心脏支架、折纸艺术与超材料设计

 泊松比（Poisson's ratio）是力学中的一个概念,它的定义是材料受到纵向压力（或拉力）的时候,在弹性范围内它的横向变形量与纵向变形量的比值,泊松比也叫横向变形系数。人们在日常生活中所见到的大部分材料的泊松比都在0~0.5之间,例如：空气的泊松比为0,铝的泊松比为0.33,水的泊松比为0.5。传统材料受到外力挤压的时候,在压力作用的方向会收缩,而同时在垂直于压力的方向会发生膨胀。而负泊松比材料则正好相反,当负泊松比材料受到外界压力的时候,其同时会在平行与垂直于外力的方向发生收缩。负泊松比材料在军事、航天航空、汽车、船舶、医疗、体育用品等各个行业有着广泛用途。负泊松比特性很大程度上是由其微观几何结构所决定。所以可以通过设计其微观结构来获得所需的材料特性,这也催生了一个新兴的研究领域--超材料设计（meta-material design）。心脏支架就是一个几何、材料、机械和医学等多个学科结合的例子。     

汽车门框上条拉弯分析及截面变形评价方法

汽车门框上条是变曲率的三维拉弯成形件,若门框上条设计不合理,拉弯成形过程中零件曲率较大处易发生严重变形,影响汽车门框密封性,甚至导致密封条和尼槽无法装配.为了在产品开发前预测门框上条拉弯截面变形情况,缩短开发周期,降低设计成本,本研究基于ABAQUS有限元软件,在拉弯成形回弹后的基础上,预测了门框上条的截面变形情况,并提出加权均方误差(WMSE)的方法,来评估拉弯件整个截面的变形情况.最后将该方法应用于某款乘用车门框上条6种设计方案的择优选型.结果表明:仿真预测的截面变形与实验吻合较好;门框上条的弯曲角度对截面变形量影响较大,弯曲角度越小,变形量越不明显.     

岩石低温单轴压缩力学特性

以非线性热弹性理论为基础,建立了考虑岩石冰胀效应的变物性本构方程,给出了干燥低温和饱和冻结状态下单轴压缩强度和力学特性参数随温度的变化关系.借助花岗岩在两种状态下的压缩试验结果,探讨了低温花岗岩的单轴压缩力学特性.饱和冻结状态下的抗压强度大于干燥低温状态的抗压强度,其相差量随着温度降低有增加趋势;在同种状态下抗压强度随温度降低呈增长趋势,增长率逐渐减小.低温附加强度主要由岩石基质热力效应所贡献,而由岩石孔隙冰胀效应引起的附加强度相对较小.花岗岩在干燥低温和饱和冻结状态下,变形模量均随温度的降低呈增大趋势,而泊松比变化相对较小.     

形状记忆合金变截面梁的相变力学行为分析

为掌握形状记忆合金变截面梁在弯曲变形过程中的相变力学行为,基于弯曲变形理论,结合形状记忆合金的本构关系,推导出形状记忆合金变截面梁的非线性控制方程,用分阶段分步骤方法分析变截面梁的相变过程,研究变截面梁的机械载荷、拉压不对称系数和变截面系数对中性轴位移、曲率和相边界的影响,并与有限元结果进行对比.结果表明：变截面系数对相边界和曲率的影响较大,其值越大,中性轴位移的最大值越小,各相边界位置越远离截面边缘;拉压不对称系数对中性轴位移最大值的影响比载荷和变截面系数更大,但对最大值出现的截面位置影响最小;拉压不对称系数对受压侧相边界比受拉侧的影响更大,拉压不对称系数越大,截面受压侧越易发生相变.     

负泊松比岩体颗粒流模型及模拟分析

为了从微观结构角度研究岩体特殊的负泊松比效应,基于颗粒流理论和颗粒流程序(PFC),提出采用颗粒流数值模拟方法。从已知具有负泊松比效应的无机晶体材料出发,研究其内部特殊的微观结构,进而建立符合岩体情况的颗粒流模型。利用所生成模型进行单轴压缩模拟试验,得出泊松比随应力的变化曲线。基于所建模型,对岩体在低荷载水平作用下的负泊松比现象机理进行分析。研究结果表明:当轴压为0~3 MPa时,岩体试样泊松比为负值,最小泊松比为-0.059。模拟结果与室内试验结果大致吻合,验证了该颗粒流模型用于研究岩体负泊松比现象的可靠性。     

预压装配式预应力混凝土框架梁端延性特征及耗能能力

文章通过一榀一跨三层预压装配式预应力混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验研究,探讨了预压装配式预应力混凝土框架梁端的受力性能、滞回曲线、延性特征及耗能能力等抗震性能。试验研究表明,框架梁端组合截面发生弯曲破坏时,梁截面中和轴位置稳定,截面变形符合平截面假定;梁端截面仅依靠预应力筋承受弯矩,截面延性系数在3.64~5.62之间,具有较好的转动能力和延性;在跨中竖向荷载持续作用下,梁端负弯矩产生的曲率恢复滞后,残余变形产生积累效应。     

钢骨高强混凝土受弯构件非线性分析

为进一步研究钢骨高强混凝土受弯构件的工作性能,通过基于平截面假定的有限条带法,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析,计算得到弯矩与曲率、荷载与变形的关系曲线,以及混凝土强度、含钢率对荷载-变形的影响曲线·研究表明,当外荷载为极限荷载的14%左右时,钢骨高强混凝土构件受拉区混凝土开裂;在相同荷载条件下,钢骨高强混凝土构件的延性比钢骨普通混凝土构件的有所降低;在相同变形条件下,随着含钢率的增加,钢骨高强混凝土受弯构件的承载能力得到显著提高·     

穿斗木结构承载能力精确分析及优化设计

用精确解析方法研究穿斗木结构的承载能力,将杆件之间的相互作用力看做是施加于杆件上的未知外力,采用迪拉克函数和偶极函数描述集中力和集中弯矩,从而得到各杆件受力和变形的解析解。由构件的边界条件以及杆件连接处位移和转角的协调条件确定未知参数,用最大剪力、最大轴力、最大弯矩和稳定性来校验各杆件的承载能力,以最少用材为目标函数,对穿斗木结构各杆件的截面尺寸进行优化设计,最后给出应用实例,并提供了具有实际应用价值的最优设计参数表。     

拉压弹性常数不同对梁的弯曲强度的影响

岩石类材料(包括混凝土材料)在受拉与受压状态的弹性模量和泊松比是有明显差异的,本文推导了拉压弹性模量不同的矩形截面梁纯弯曲情况下弹性力学的解答.结果表明,不考虑拉压弹性模量的差异会引起较大误差.     

拉压弹性常数不同对梁的弯曲强度的影响

岩石类材料（包括混凝土材料）在受拉与受压状态的弹性模量和泊松比是有明显差异的,本文推导了拉压弹性模量不同的矩形截面梁纯弯曲情况下弹性力学的解答。结果表明,不考虑拉压弹性模量的差异会引起较大误差。     

负泊松比效应防护结构抗爆抗冲击性能影响因素

研究了宏观负泊松比效应蜂窝夹芯结构胞元壁厚、胞元层数和胞元泊松比等参数对弹体侵彻及水下抗爆等防护性能的影响.模拟弹体在空气中对宏观负泊松比蜂窝夹芯舰船防护结构的侵入和穿透过程,以及蜂窝夹芯防护结构在水下爆炸冲击载荷作用下的破坏形式.计算结果表明:单纯依靠结构性的被动防御无法应对高速或超高速弹体的侵彻问题;负泊松比效应蜂窝夹芯防护结构较传统防护结构具有良好的水下抗爆性能,且其水下抗爆性能随蜂窝胞元层数和胞元泊松比的增大而增强.     

板岩单轴压缩各向异性力学特征

考虑岩石材料的各向异性,选用层理比较明显的板岩进行单轴压缩试验,分析力学参数的变化规律。研究结果表明:层理是板岩力学参数、强度特性及破裂模式呈现各向异性的重要原因;板岩单轴抗压强度和弹性模量均随层理面倾角的增大呈"U"型变化趋势,单轴抗压强度的各向异性比为2.8,属中级各向异性水平,试样变形模量的各向异性参数比为1.7;岩样整体泊松比随层理面倾角的增加而增大,但不同试样、相同位置的泊松比变化规律不同;岩样不同倾角的层理面是出现不同破裂模式的重要原因,0°试样形成贯穿层理面的张拉破坏,30°和45°试样基本沿层理面形成单一剪切破坏,70°试样由平行层理面的剪切和贯穿层理面的张拉组成复合破坏,90°试样形成沿层理的张拉劈裂破坏。