不可压缩Rivlin—Saunders材料中空穴现象的定性分析

基于能量原理,研究了由一类均匀各向同性不可压缩的Rivlin-Saunders材料组成的实心球体在给定的表面拉伸死载荷作用下的空穴分岔问题．得到了描述球体内部空穴生成和增长的空穴分岔方程,并给出了此类材料中发生空穴分岔的条件;证明了空穴分岔方程的非平凡解在分岔点附近可以局部向左或向右分岔,这与其他各向同性不可压缩超弹性材料中的空穴生成和增长现象有明显的不同;同时给出了相应的数值算例;最后分析了解的稳定性和实际稳定的平衡状态．     

含有微孔的超弹性球体的径向增长问题

橡胶和类橡胶材料及其制品在现实生活中的应用非常广泛,在使用过程中都会遇到变形、失稳、使用寿命有限以及破坏等问题,使得相关问题的研究一直是人们关注的焦点。从力学性能上讲,这些材料属于典型的非线性弹性材料范畴。关于这些材料和结构的有限变形问题的数学模型     

可压缩超弹性材料球体中预存微孔的增长

研究了一类含有微孔的可压缩超弹性材料球体在给定表面拉伸作用下的有限变形问题,得到了问题的解析解.讨论了预存微孔的增长与给定表面伸长之间的关系,通过数值算例分析了预存微孔半径大小对微孔增长的影响.结果表明,当给定的径向拉伸很小时,预存微孔几乎没有增长,但是当拉伸接近某个临界值时,预存微孔会迅速增长.     

二维不可压材料线弹性有限体积法的研究

发展了一种针对二维不可压材料线弹性问题的格点型有限体积法(CV-FVM),将不可压约束条件加入到线弹性体控制方程中,采用双线性四边形单元,对控制方程的数值离散过程做了详细的推导.将位移以及静水压力作为待解量进行直接求解,其分别存储在单元节点以及单元中心,并假设静水压力在单元内分布一致.对不可压材料的方板以及无限长圆管的线弹性问题进行了数值验证.通过数值解与理论解的对比,发现采用发展的CV-FVM可以避免有限元中当泊松比为0.5时所出现的闭锁现象,通过增加网格密度可以得到较高精度的数值解.     

受内压热超弹性球壳的不稳定性

应用有限变形弹性理论分析了受内压作用的不可压热超弹性球壳发生非对称变形的不稳定性问题.当内压较小时,薄壁球壳发生对称的均匀膨胀变形;当内压大于某一临界值时,产生复杂的非对称变形,其一部分膨胀变形很大,而另一部分仅仅是轻微膨胀,且其形状逐渐远离球形,且此时的变形是不稳定的.厚壁球壳总是发生稳定的均匀膨胀变形.根据球壳的变形曲线,给出了球壳发生不稳定变形的临界厚度.同时,讨论了温度场对球壳变形的影响.     

对弹性力学势能原理等价性提法的商榷

从热力学第一定律出发可得到功能原理、平衡条件、几何方程。从热力学第二定律出发可得到最小变形能原理、最小势能原理。热力学第一定律和热力学第二定律是两类物理性质不同的弹性变形条件,二者相互独立,前者可确定弹性变形大小,后者可确定弹性变形分布规律。弹性力学中最小势能原理等价于平衡条件、广义势能原理等价于弹性力学基本方程的提法并不正确。     

不可压缩超弹性材料中预存微孔的周期振动

对于由横观各向同性不可压缩的修正Varga材料组成的含有微孔的球体,研究了球体在外表面突加的拉伸恒定载荷作用下的径向运动问题,得到了描述微孔运动的二阶非线性常微分方程.通过对方程的解的定性性质的分析,证明了当方程有唯一平衡点时,它是方程的中心;当方程有三个平衡点时,其中一个是方程的鞍点,另两个是方程的中心.进而证明了在给定的拉伸载荷作用下,球体内部微孔随时间的演化是非线性周期振动.讨论了材料关于径向各向异性的参数对微孔振动的影响,并给出了相应的数值算例.     

一类可压缩超弹性材料球体中的空穴分岔

研究了由一类均匀各向同性的可压缩超弹性材料组成的球体在给定的表面拉伸作用下的球对称变形问题.给出了问题的控制方程和边界条件,进而求得了描述球体径向对称变形的参数型解析解.证明了对任意给定的表面伸长,方程存在一个平凡解.利用能量比较的方法分析了解的稳定性,并讨论了球体发生空穴分岔时的应力的集中和突变现象.最后给出了数值算例.     

两个组合热超弹性球体中空穴的动态生成

该文研究了由两个不可压热超弹性球体组合而成的物体在突加表面均布拉伸载荷作用下空穴的动态生成问题．除了一个平凡解外，当外加载荷超过某个临界值时，物体内部存在一个空穴生成，并且得到了外加载荷和空穴半径之间的一个精确微分关系．数值计算表明，空穴发生非线性周期振动，并给出了几种情况下空穴生成的临界载荷值以及空穴振动的相图，讨论了温度参数等对空穴生成的影响．     

不可压缩超弹性球形结构的径向有限变形

研究了在表面拉伸载荷的作用下,各向同性不可压缩超弹性材料组成的球形结构的有限变形问题。首先利用不可压缩性条件及边界条件求得了拉伸载荷和球形结构内半径之间的关系,进而分别给出了4种球形结构（实心球体、预存微孔、球壳和球形薄膜）有限变形解的定性分析,最后结合数值算例详细讨论了材料参数和结构参数对球形结构径向变形的影响。     

一类不可压缩超弹性球壳的动力学稳定性分析

研究了一类横观各向同性不可压缩的修正Varga材料组成的超弹性球壳在其内外表面分别受突加的恒定载荷作用时的动力学稳定性问题．求得了描述球壳内表面运动的二阶非线性常微分方程；讨论了方程的平衡点的存在条件及其解的定性性质．对于给定的材料和结构参数，存在一个临界载荷，证明了当突加的恒定载荷未超过这个临界值时，球壳内表面随时间的演化是非线性的周期振动；当载荷超过这个临界值时，球壳随时间的演化最终会破裂，同时给出了相应的数值算例．     

超弹性胶原材料本构关系的对数应变模型

获得不可压缩条件下自然对数表示的各向同性超弹性胶原材料的本构关系,给出2组对数应变张量不变量,由弹性能量密度直接推导得到对数应变与Cauchy应力偏量间的本构关系.将理论模型与单向拉伸实验数据进行对比,结果表明模型及参数选择有效.     

基于超弹性PDMS的摩擦纳米发电机的性能研究

常用于摩擦纳米发电机的聚二甲基硅氧烷是一种超弹性聚合物,但迄今对其理论分析均采用线弹性本构假设,没有通过实验证明其是否有效.首先基于超弹性本构对PDMS摩擦纳米发电机的接触力学和静电感应性能进行仿真;其次通过光刻和复型工艺制备了PDMS金字塔织构,构建了摩擦纳米发电机实验装置,并将实验与理论结果对比.研究表明:随着施加压力增大,摩擦纳米发电机的接触面积和开路电压均随之增加,之后趋于稳定;相比于超弹性本构,采用线弹性本构高估了金属与PDMS的接触面积,低估了使摩擦纳米发电机开路电压稳定所需施加的压力;采用超弹性PDMS本构的仿真结果与实验更为吻合.