飞艇用层压织物膜材料在双向应力作用下的弹性参数分析

为揭示双向应力作用下飞艇用层压织物膜材料弹性参数的响应特征,针对高性能蒙皮材料Uretek3216LV~进行了一系列双轴拉伸试验,获得了9种应力比例条件下的应力-应变关系数据,并分析了其非线性及正交异性特征;采用膜材料试验标准计算了膜材料的弹性参数,分析了应力比及应力比组合对弹性参数的影响规律;运用Matlab软件进行数值分析,得出应力空间的弹性参数响应曲面特征,并提出应力空间弹性参数加权平均值的计算方法,研究了在不同应力水平及应力比下弹性参数的变化规律.结果表明:层压膜材料的弹性参数之间无耦合关系,正交互补性质在其本构关系上的适用性不足;膜材料的变形特征及弹性参数受应力比及应力比组合的影响显著,且均呈现出明显的非线性及正交异性特征;在飞艇结构设计中,宜根据膜材料所属结构部件的应力比分布特征,选取包含相应应力比的组合项来求取弹性参数,以提高弹性参数计算的稳定性和可靠性.     

基于内变量热力学的黏弹性本构方程及其基本性质研究

黏弹性变形在沥青混凝土、聚合物等材料中广泛存在,也是岩石材料时效变形的重要组成部分.基于Rice不可逆内变量热力学框架,讨论材料黏弹性变形行为.引入一组内变量表征材料系统内部结构的变化,通过给定余能密度函数和内变量演化方程推导出黏弹性本构方程.方程能包含经典黏弹性模型的本构方程,而且可描述材料的非线性黏弹性变形.对本构方程所基于的基本热力学方程性质进行讨论,表明在约束构型空间中热力学力和内变量之间要满足一定的共轭关系,所建构的本构方程才能刻画材料的黏弹性变形行为;证明了在约束构型空间中流动势函数随时间单调递减;同时指出在统计力学层面流动势函数与表征材料状态的概率密度函数有关.     

岩土材料的屈服条件与破坏条件

 固体材料受力以后,从弹性到塑性直至发生破坏,在这个过程中材料从弹性进入塑性称为屈服,屈服是一个过程,初始屈服材料还处于弹性状态,是弹性极限点;经过塑性发展达到破坏,破坏是塑性极限点。破坏也是一个渐进过程,首先在材料内一些点达到破坏,然后破坏点逐渐增多直至贯通,发展成破坏面形成整体破坏。塑性力学中规定材料进入无限塑性状态,应力不变,应变无限增大时称为破坏,因此理想塑性用应力表述的屈服条件就是破坏条件,它们都与历史参量无关。但是初始屈服与破坏时的应变状态是不同的,前者表示材料从弹性刚进入屈服,后者表示材料从塑性进入破坏,表明屈服条件不等同破坏条件。     

弹性波在功能梯度材料中的传播

对弹性波在功能梯度材料中的传播速度问题进行了研究.利用积分变量代换,建立了功能梯度材料中波动变系数微分方程.借助于数值计算手段对功能梯度材料弹性模量和密度按指数形式递增、递减分布两种情况的波动变系数微分方程进行了求解,从中分离出波速.得到了功能梯度材料中弹性波的波速变化曲线,讨论了弹性波在功能梯度材料中传播时波速的变化规律,并且分析了弹性波在功能梯度材料中传播的一般性质.     

磁电弹性耦合材料中的本构关系

磁电弹性耦合材料的力学本构方程一般形式是通过应力、电位移、磁感应强度来表示应变、电势和磁势。文章根据连续介质的热力学理论,利用Gibbs自由能和Legendre变换,系统地推导了磁电弹性耦合材料8种形式的本构方程,为磁电弹性耦合材料的进一步研究提供了理论基础。     

黏弹性阻尼材料在减振降噪方面的应用

随着人类生活质量的提高,生活环境的振动与噪声控制越来越受到关注。黏弹性阻尼材料作为有效的减振降噪材料,在许多行业的减振降噪中正发挥着重要的作用。选取了两种不同的黏弹性阻尼材料,测试对比了它们的阻尼特性。选取阻尼性能较好的阻尼材料涂敷在板类结构上,分别进行涂敷前后振动噪声响应、传递特性测试。分析黏弹性阻尼材料减振降噪效果,为结构减振降噪提供依据。     

三阶弹性常数的超声测量方法

利用超声方法测量核电主螺栓的应力，需要精确地测定螺栓材料的三阶弹性常数。本文从非线性弹性理论出发，求解应变量方程，导出了各向同性材料中三阶弹性常数的超声测量公式。     

基于特定材料的冲击弹性波传播规律探析

为了更好地研究冲击弹性波在平台上的传播规律,选用特定的各向同性材料和各向异性材料搭建实验平台,探究冲击弹性波在平台上的传播规律。以环氧玻璃布层压板为各向异性材料,以有机玻璃厚板为各向同性材料,利用黏附在该特定材料上的PVDF传感器群,采集并分析不同厚板和层叠板在冲击条件下弹性波的传播规律。实验结果表明,在各向异性材料上,沿纤维排列方向的横波传播速度最快,纵波的传播速度最慢;各向异性材料层叠板的纵波传播速度远慢于该材料的层压厚板的纵波传播速度;沿特定角度设置的测试通道远离材料中心区域横波的传播速度较大。基于实验结果提出有利于隔冲材料上弹性波传递和扩散的材料组合方式,即设计隔冲复合材料时加入规则排布的高声波速率的纤维材料,将隔冲材料整体设计为分层结构并且在材料边缘设置一定数量的90°锯齿形结构。     

双材料非弹性主方向半无限界面裂纹断裂分析

研究了正交异性双材料非弹性主方向界面裂纹问题,利用坐标轴不平行于弹性主方向的转轴变换公式,结合复合材料断裂复变方法,在特征方程组的判别式都小于零时,得到了正交异性双材料非弹性主方向半无限界面裂纹尖端应力场的理论解。并给出双材料参数对界面裂纹尖端应力场的影响规律。     

频率依赖性对黏弹性调谐质量阻尼器的影响

为了研究黏弹性材料频率依赖性对黏弹性调谐质量阻尼器控制性能的影响,引入了黏弹性材料的等效分数阶开尔文模型,建立了结构-黏弹性调谐质量阻尼器系统的动力方程.定义了储能模量和损耗因子的频率依赖性指标,分析了频率依赖性指标对受控结构和阻尼器动力响应的影响规律,通过数值算例验证了黏弹性调谐质量阻尼器良好的控制效果.结果表明:黏弹性材料储能模量的频率依赖性水平越高,黏弹性调谐质量阻尼器的控制效果越好,其自身的响应越小;损耗因子的频率依赖性水平对黏弹性调谐质量阻尼器控制效果影响较小,但其数值大小直接影响了黏弹性调谐质量阻尼器的最优频率比和控制效果.     

基于混凝土黏弹性变形机制的近场动力学方法

原始近场动力学的控制方程由保守力做功的能量方程得到,从而无法合理反映材料的黏弹性变形行为和系统能量耗散。针对这一问题,提出一种考虑非保守力做功的近场动力学方法,其理论框架包括两部分：①材料点的黏弹性相互作用及其运动方程;②键的率相关断裂准则。在描述材料点运动方面,基于对混凝土变形机制的认识,提出了材料点之间的黏弹性相互作用模型,采用考虑能量耗散的哈密尔顿原理建立了黏弹性运动方程,利用黏弹性近场动力学方法与连续介质力学的能量密度等效的方法提出了弹性参数和黏性参数确定方法;在描述键的断裂和材料强度方面,利用混凝土动态单轴S强度准则发展了键的率相关断裂准则。通过数值实验,探讨了黏弹性近场动力学方法的功能和优越性。结果表明,发展的近场动力方法能够合理反映加载速率对混凝土变形、强度和开裂行为的影响。     

基于分数阶微积分的黏弹性材料变形研究

黏弹性材料的变形行为更加复杂,为了合理地描述黏弹性材料的横向-纵向应变关系,利用分数阶微积分,建立了分数阶横向-纵向应变关系,并推导了等应变率加载时的相应公式,又根据新关系构建了分数阶体积应变公式,为黏弹性材料横向应变及体积应变的求解提供了一种新方法.通过验证,发现该模型能够描述黏弹性材料的横向-纵向应变关系及体积应变,不仅能够表现高分子聚合物等应变率拉伸初期的体积微缩现象,还能反映岩土材料的剪缩剪胀现象.     

具有丝织构TiN薄膜弹性常数的计算

在利用X射线衍射法测定薄膜残余应力时,因弹性呈现各向异性常发生d-sin2ψ测试曲线的非线性振荡,无法得到准确的应力值.利用Voigt,Reuss和Kroner模型计算了具有丝织构的TiN薄膜的弹性矩阵和X射线弹性常数.计算结果表明当材料具有较强的丝织构时,材料弹性矩阵的对称关系从立方对称转变为六方对称关系,与各向同性同种材料的弹性矩阵相差大,相同分量的值一般相差在13～20 GPa之间;而X射线弹性常数的计算结果差异更大,最大相对误差可达17%.     

非均匀材料耦合热弹性问题解的存在唯一性

考虑非均匀材料耦合热弹性问题,此问题中含有关于瞬态位移场的动态热弹性方程和关于瞬态温度场的动态热传导方程,在求解时需考虑动态强耦合的温度场和位移场. 本文基于热弹性本构方程建立了描述均匀材料热弹性行为的相关模型,并利用Fadeo-Galerkin方法,证明了非均匀介质耦合热弹性问题弱解的存在唯一性.     

磁电圆柱壳修正后的H-R变分原理及其正则方程

磁电弹性材料应与纯弹性材料一样，也有对应的Hellinger-Reissner（H-R）变分原理和正则方程．以纯弹性材料的H-R变分原理为基础，建立了柱坐标系下三维磁电体修正后的广义H-R变分原理，通过变分运算推导了磁电材料圆柱壳的Hamilton正则方程．并指出，纯弹性材料圆柱壳、单一压电材料圆柱壳或压磁材料圆柱壳相应的变分原理是磁电材料圆柱壳变分原理的特例．修正后的H-R变分原理是研究复杂边界条件下磁电材料圆柱壳和智能结构力学行为半解析法的理论基础．     

有强化材料圆形压力孔道体的弹塑性解析分析

采用弹性-幂律塑性本构模型来考虑材料的应变硬化特性,基于Hencky全量理论和Von Mises屈服准则,用应力解法统一导出了有强化材料圆形压力孔道体孔道附近的弹塑性应力、应变和位移分量的封闭表达式,为圆形压力孔道问题的力学分析建立了一种新的解析格式。分析表明,已知的含圆形压力孔道体的线弹性Lame解和弹性-理想塑性P.Hill解只是本文解的两个特例。本文解作为一般解,既能反映材料的弹性变形,也能计入材料的塑性应变强化。     

弹性固体材料中的空穴萌生与增长

建立了描述弹性固体材料中空穴萌生与增长的非线性数学模型,获得了空穴萌生明控制参数临界值的精确计算公式和空穴半径的精确表达式.在大变形几何分析中采用了对数应变度量,并且应用了Hooke弹性固体材料的本构关系.数值分析结果表明:当材料不可压时空穴萌生的临界载荷将略低于neo-Hooke不可压超弹性材料的相应计算结果,并且在空穴萌生后空穴半径将迅速增大,这与细观损伤力学和超弹性材料的空穴分叉理论的结论相一致;空穴萌生时环向应力将成为无限大;如果材料是弹塑性(韧性)材料,则会得空穴附近发生塑性变形,从而导致材料的局部损伤和破坏.     

弹性金属塑料轴瓦材料蠕变理论模型研究

利用微观力学的方法,对弹性金属塑料轴瓦材料的蠕变行为进行了研究,推导出了该材料的蠕变力学模型.实验证明,这种理论模型对弹性金属塑料轴瓦材料在线性蠕变范围内的预测是合理的.     

次弹性材料的无网格分析方法研究

次弹性材料在实际工程中是常见的,传统计算中大多数采用有限元方法。利用无网格伽辽金法对次弹性材料进行数值计算,并通过罚参数来实现本质边界条件,推导了求解此类问题的无网格伽辽金法离散格式。算例结果表明,无网格伽辽金法处理次弹性材料时,具有较高的计算精度,是一种有效的数值计算方法。     

基于悬臂振动原理的薄板木质材料 动态黏弹性检测

为了快速检测薄板木质材料动态黏弹性这一表征其力学性能的重要指标,以刨花板、中密度纤维板、高密度纤维板和木塑板等4种材质的薄板木质材料为研究对象,利用自行研制的薄板木质材料力学性能检测分析仪,测量出试件在悬臂自由振动时的第一阶固有频率,以及振动过程中的对数减幅系数,进而获得材料的动态黏弹性性能,包括储能模量和损耗模量。并将测量结果与传统的强迫振动动态黏弹性检测方法的测量值进行对比分析。结果表明:两种测量结果之间有显著的线性关系,基于悬臂梁自由振动原理的薄板木质材料动态黏弹性检测方法是可行的。