基于复杂约束拓扑优化的负泊松比超材料设计

针对现阶段超材料拓扑优化设计在飞行器设计领域存在的微观尺度上难以制造和宏观尺度上不具有周期性的问题，提出了一种宏观尺度下的超材料拓扑优化设计方法，分别应用优化准则法和移动渐近线法进行了指定泊松比约束的超材料拓扑优化设计，得到了在横向、纵向两个方向上的泊松比都满足约束的负泊松比超材料，并对两种优化算法的设计结果进行了对比分析.针对拓扑优化得到的胞元构型，建立了理论模型和有限元模型，对拓扑优化结果的力学性能进行验证.经理论模型和有限元模型计算，拓扑优化设计结果的泊松比满足设计要求，证明了宏观尺度拓扑优化方法设计负泊松比超材料的有效性.     

磁性双层膜中自旋波的能带结构和色散关系

研究了磁性双层膜中的自旋波激发,特别着重地讨论了横向（平行于界面方向）的自旋波对于纵向（垂直于界面方向）自旋波的影响,给出了体系的能带结构和色散关系     

饱和前后软岩各向异性力学特征的对比试验

以泥质粉砂岩和褐红色泥岩为对象,研究单轴压缩条件下软岩干燥和饱和状态时的各向异性力学特征,包括变形各向异性特征和强度各向异性特征.试验结果表明:泥质粉砂岩和褐红色泥岩的弹性模量、单轴抗压强度饱和后均大幅下降,而泊松比增大;饱水后泥质粉砂岩的弹性模量在垂直于层理方向的降低幅度明显小于平行方向,而单轴抗压强度在垂直于层理方向的降低幅度则略大于平行方向,泊松比的变化幅度相差不大;饱水后褐红色泥岩的泊松比在垂直于层理方向的增大幅度明显小于平行方向,而弹性模量和单轴抗压强度变化幅度相差不大.     

曲率杆件3D拉胀材料优化设计及有限元模拟研究

拉胀材料是一种有序多孔点阵材料,具有独特的负泊松比效应,在轻质结构、冲击防护、生物医学等领域具有广阔的应用前景。针对目前三维（3D）拉胀材料存在构型单一、变形过程中应力集中明显以及试样制备昂贵等不足,通过有限元模拟的方法开展了基于曲率杆件3D拉胀材料的设计与力学行为研究,以期提高拉胀材料的承载能力。结果表明,随着杆件直径的增加,其抗压强度明显增加,杆件曲率对其抗压强度的影响较小,在相同杆件截面积下,环形截面杆件的拉胀材料因具有更高的截面惯性矩从而具有更高的承载能力。此外,还对压缩变形过程中拉胀材料的变形特征及负泊松比效应进行了讨论。     

基于Mindlin解的盾构隧道施工地表变形及参数敏感性分析

假设土体为弹塑性体,基于Mindlin解,引入摩擦角φ,推导了盾构施工纵向地表变形的弹塑性解析解,将理论计算结果与数值分析结果和现场监测数据进行对比分析,揭示了盾构施工纵向地表变形特征。研究结果表明:(1)盾构隧道中线上方纵向地表变形规律呈"S"型变化,掌子面前方地表隆起,掌子面后方地表下沉;(2)盾构开挖仓压力大小对掌子面前方的纵向地表变形影响较小;(3)盾构施工过程中盾壳与围岩之间的摩擦力、土体内摩擦角φ与纵向地表变形量呈正相关变化规律;(4)在相同土层中,随隧道埋深减小,纵向地表变形量增大;(5)土体的泊松比增大、变形模量减小,纵向地表变形量增大。     

沿板宽方向轧制压力分布规律的实验测定

一、前言 随着生产的发展,对冷轧板带质量提出了更高的要求。(1)沿轧制方向(纵向)板厚均匀,(2)沿板宽方向(横向)板厚均匀和(3)板形良好,即板带表面平坦,不发生波浪或瓢曲。 保证板形良好的条件,要求轧件沿板宽方向上各点的纵向延伸相等。在无宽展条件下,就是沿板宽方向上各点的压下率相等。在轧制过程中,沿板宽轧制压力的分布直接影响到轧辊的受力,即影响到轧辊的挠曲和压扁变形。从而影响到轧件的变形量。因此,沿板宽方向轧制压力的分布成为板形基础理论研究中的一个重要课题。     

Mg-7Gd-3Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金高温热变形行为研究

通过热模拟,微观组织观察等试验研究了Mg-7Gd-3Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金在高温下的热变形行为。结果发现：在变形过程中,晶界上的块状14H型LPSO结构相会垂直于压缩方向分布;随着变形温度的降低、变形速率的减小和变形量的增加,晶粒内部的针状14H型LPSO结构相不断增多;合金的热变形激活能为290.39 kJ/mol;在变形过程中,晶界上的块状14H型LPSO结构相可以起到诱导动态再结晶的作用。     

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。     

纳米单晶铜板单向拉伸/压缩的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟纳米单晶铜板的拉伸／压缩变形过程,得到了纳米单晶铜板在单向拉伸／压缩状态下的应力应变关系曲线和垂直于拉伸／压缩方向的泊松比．结果表明,纳米单晶铜板在单向拉伸／压缩状态下的弹性极限应变分别约为0．08和-0．03。在此范围内应力应变关系基本上表现为线弹性;垂直于拉伸／压缩方向的两个泊松比取值于0．3～0．4之间,但是不同方向上的泊松比数值不同,表现出由尺寸效应引起的材料力学行为的各向异性．     

利用切比雪夫多项式作试函数求解Winkler地基上中厚板的弯曲问题

１基本方程及边界条件放置于Ｗｉｎｋｌｅｒ地基上矩形中厚板弯曲问题的控制微分方程为：（１）其中：２为拉普拉斯算子，Ｆ、Ｇ为未知函数，ｋ为地基模量，为泊松比，Ｃ为板的抗剪刚度，Ｄ为板的抗弯刚度，ｑ为板每单位面积内的横向荷载。三个广义位移表示为：其中：ｗ为板的挠度，ψｘ、ψｙ分别为变形前垂直于板中面的直线段变形后在ｘｚ及ｙｚ投影面上的转角。板的内力为：（２）各种边界的边界条件为：（ａ）自由边界在垂直于轴的边界上：Ｍｘ＝０，Ｍｘｙ＝０，Ｑｘ＝０（３）在垂直于轴的边界上：Ｍｙ＝０，Ｍｘｙ＝０，Ｑｙ＝０（４）（ｂ）简支边界在垂直于轴的边界上：ｗ＝０，Ｍｘ＝０，Ｍｘｙ＝０在垂直于轴的边界上：ｗ＝０，Ｍｙ＝０，Ｍｘｙ＝０（ｃ）固定边界ｗ＝０，ψｘ＝０，ψｙ＝０２．问题的求解取切比雪夫多项式为试函数，即令：（５）其中：Ｔｍｘ，ｍ＝０１２Λ为切比雪夫多项式可由下列递推关系得到其中ｍ＝０１２Λ令则控制微分方程组（１）可写为：（６）以自由边界为例，把（２）代入（３）、（４），求得用未知函数Ｆ、Ｇ表示的板的边界条件如下：（ａ）在垂直于ｘ轴的边界上：（ｂ）在垂直于ｙ轴的边界上：引入矩阵表示，即在垂直于ｘ轴的边界上令：在垂直于ｙ轴的边界上...     

煤层应力对裂隙渗透率的影响

从各向同性线弹性材料应力应变关系出发,考虑气体解吸引起的基质收缩效应和孔隙压力对储层应力的影响,建立了包含基质压缩系数、裂隙体积压缩系数和流体压力项的渗透率动态变化方程,分析了储层力学参数对渗透率变化的影响.结果表明:排水降压初期,有效应力处于主导地位,裂隙发生压缩变形,渗透率降低;气体解吸后基质收缩占主导地位,裂隙张开幅度增大,渗透率升高;弹性模量、泊松比越大,基质变形程度越大,渗透率呈先降低后升高的回归趋势越明显,弹性模量较泊松比对回归趋势的影响更大;当孔隙压力较高时,低孔低渗煤层渗透率随孔隙压力降低变化的幅度不大;裂隙体积压缩系数变化的起始压力点可以根据不同起变压力下渗透率与储层压力的关系确定.     

负泊松比结构应用于拱结构中的探索

拱结构具有能将结构受到的竖向荷载或面外力转化为轴力的力学特性,本文主要对比不同拱结构的拱宽变化,探究由负泊松比胞元构成的拱结构受力时是否具有负泊松比效应.建立具有周期性胞元的拱结构,采取控制变量的方法,控制拱的矢跨比和宽度不变,对实心均质拱结构、网格型拱结构、内凹六边形拱结构在不同受力状态下的形变进行对比分析.结果表明...     

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.     

基于NMR技术煤系页岩瓦斯解吸特性试验研究

煤系页岩瓦斯微观解吸机理研究,对煤田区域煤系页岩瓦斯高效安全开采具有重要意义.基于核磁共振(简称NMR)无损检测技术,以典型高瓦斯矿井阜新清河门矿煤系页岩为例,将页岩试样放入低场核磁共振仪夹持器腔体中,通过先吸附,后降低瓦斯压力,模拟煤系页岩瓦斯解吸过程.以核磁共振T2谱幅值积分定量化表征瓦斯解吸量,以核磁共振横向弛豫时间T2均值减小幅度定量化表征煤系页岩孔隙结构收缩变形程度,从微观角度定量研究煤系页岩瓦斯解吸过程中吸附态和游离态瓦斯变化规律.研究结果表明:吸附态和游离态瓦斯核磁共振谱范围可以通过两个横向弛豫时间截止阈值定量划分;吸附态瓦斯量与瓦斯压力符合朗格缪尔等温吸附方程,游离态瓦斯量与瓦斯压力呈线性函数关系;随瓦斯压力降低,煤系页岩微孔隙结构收缩为原孔隙平均半径0.39倍,中-大孔隙结构收缩为原平均孔隙半径0.25倍.     

横向自旋角动量对纳米粒子光操控特性的影响

光场的横向自旋是近年来发现的一种光场新效应,该效应表明光场不仅具有沿光传播方向的自旋角动量,而且还有垂直于传播方向的横向自旋角动量,这一发现为光学微操控提供了一个新的自由度.本文以聚焦的涡旋拉盖尔-高斯光束作为光源,利用偶极近似模型计算了金纳米粒子在该紧聚焦光场中受到的光力和横向自旋力矩,得出金纳米粒子在该光场中的捕获状态,阐明了横向自旋效应对粒子捕获特性的影响,分析了拓扑电荷数、粒子半径、折射率、吸收率等参数对横向自旋的影响.结果表明,在光束拓扑电荷数为零时,纵向自旋能够完全转化为横向自旋.该研究结果在光操控领域具有重要的理论意义和应用价值.     

功能梯度负泊松比蜂窝夹层板的振动特性

蜂窝夹层板作为一种常见的轻质多孔材料在航空航天和建筑等领域具有广泛的应用。研究了具有梯度的负泊松比蜂窝夹层板自由振动时的频率,及其随蜂窝芯层梯度和板几何参数的变化规律。利用Reddy高阶剪切变形理论和Hamilton原理推导了四边简支边界条件下的负泊松比蜂窝夹层板的偏微分运动微分方程,利用Navier法计算出系统的前十阶固有频率。借助有限元Abaqus软件建立了内凹六边形负泊松比蜂窝夹层板模型,计算其固有频率,两种方法的计算结果对比表明:理论计算求得的固有频率和有限元仿真得到的结果基本一致,验证了有限元模型的可靠性。基于此方法分别计算了蜂窝芯层具有角度梯度、厚度梯度和功能梯度的负泊松比蜂窝夹层板的前十阶固有频率,并与无梯度时的计算结果对比,分析了芯层梯度变化对系统固有频率的影响。     

微通道中颗粒惯性聚集特性的数值研究

根据运动相对性原理提出了一个描述单颗粒在无限长通道内稳定运动的准定常计算模型,采用计算流体力学软件研究了具有一定尺寸的球状颗粒在方形截面微通道中所受到横向升力的空间分布特征及其影响因素,并分析了其组成成分.研究结果表明,颗粒受到的横向升力在通道y轴方向呈规则的空间分布,在数值上先正后负且存在唯一的零点,这即是颗粒的惯性聚集点;横向升力主要由压力横向升力和剪切横向升力组成,而压力横向升力是使颗粒产生惯性聚集现象的决定性因素.     

短轨枕式整体道床高架结构变形控制指标分析

为分析短轨枕式整体承轨台轨道结构桥墩位移与轨面变形的映射关系,揭示自重作用下桥墩顶在竖向、横向以及纵向3个方向位移工况下钢轨、轨道板变形及内力分布规律,以上海市轨道交通11号线花桥段为例,通过建立桥墩-梁-轨道耦合模型,并引入线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值,得到城市轨道交通高架结构的变形控制指标.研究表明,桥墩横向...     

船舶受力与稳度的能量分析

船舶在航行时经常受到风浪等各种外力的干扰,使其倾斜而摇摆。船舶在受到外力干扰产生倾斜后会不会翻掉？当外力消失后会不会回复到原来的正浮状态？这就是船舶受力与稳度问题。普通物理教科书和有关专业书对此问题谈及不多,而且只是对船舶的受力进行了分析。本文将从理论力学的角度用能量的方法对这一问题加以分析。在研究船舶的稳度时,我们只限于讨论船舶在横向平面内的倾侧（简称横倾）和纵向平面的倾侧（简称纵倾）两种情况,同时又把稳度问题分为小倾角稳度和大倾角稳度两个不同的问题。所谓小倾角稳度是指倾角小于10"～15"或上甲板…     

组合环形薄板受轴对称荷载作用变形的数学模型

讨论了由不同材料组成的组合环形薄板在轴对称荷载作用下受力和变形的情况，并提出了计算组合环形薄板在轴对称荷载作用下外力、几何尺寸、材料与变形之间的数学模型。