轴力二次效应对梁单元的耦合影响

在6个自由度有限梁元基础上,采用单一系数将轴力二次效应对梁单元的影响引入到梁的分析刚度矩阵中,并考虑到梁单元约束扭转时不可避免发生翘曲作用,增加了翘曲角自由度,建立了即能用于通常梁,更能适用于薄壁梁单元的7个自由度的单元分析统一模型,同时将轴向力、弯矩和双力矩的贡献引入到几何刚度矩阵中,得出了综合考虑轴向拉压、弯曲、扭转以及轴力二次效应和翘曲及其耦合影响的变形状态刚度矩阵.线性和非线性算例均表明轴力二次效应对细长构件结构内力和位移的影响不能忽视.     

含有负刚度夹杂复合材料稳定性问题

Lyapunov间接方法可用于判断含有负刚度夹杂复合材料的稳定性.本文从动力学方程推导Lyapunov间接方法判据.在不考虑阻尼的情况下,可以从质量矩阵和刚度矩阵相对特征值的符号来判断含有负刚度夹杂复合材料的稳定性.本文通过算例论证该方法的可行性.     

金属切削过程的有限元建模

金属切削过程是一个非常复杂的弹塑性变形过程,文章采用有限元方法及弹塑性变形理论,对二维金属切削的变形过程进行有限元分析。首先选用矩形单元对刀具和工件弹性阶段进行有限元建模,得出其单元节点力和节点位移之间的关系,然后利用普朗特-路斯方程,推导工件材料塑性变形时单元节点力和节点位移之间的关系,并指出金属由弹性变形到塑性变形时其单元刚度矩阵变化的规律,从而为实现金属切削过程的数值模拟提供可靠的理论基础。     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

Micromechanics-BEM Analysis for Piezoelectric Composites

The effective material properties of piezoelectric composites are predicted using micromechanics models of the composite structure combined with a boundary element method (BEM) solution of the governing equation. The composites consist of inclusion and matrix phases. The micromechanics method gives formulae for the overall material constants as functions of the concentration matrix, while the boundary element simulation gives numerical solutions of the boundary displacement and electric potential equations for inclusion or hole problems. Numerical results for a piezoelectric plate with circular inclusions are presented to illustrate applications of the proposed micromechanics-BEM formulation.     

土自重及地基刚度矩阵对板土相互作用的影响

将地基取为有限分层弹性体，采用三种不同方法计算地基刚度矩阵，根据工程背景下板嵌埋于土中这一特点，考虑土自重应刀对地基形变势能的影响，借助于能量变分原理获得了不同地基刚度矩阵时不同荷载作用下的两种不同抗弯刚度的矩形板内刀、板底反力和板底位移的数值解答。着重对比分析了地基刚度矩阵的不同算法及土自重应力对板内力及位移计算结果的影响，指出用单位集中力计算地基刚度矩阵，易受Ｂｏｓｓｉｎｅｓｑ解答在集中力作用；久附近“极性”的制约，计算结果不够理想，而以单位均布力为依据计算地基刚度矩阵，所得板内力及位移能很好地符合弹性解答基本规律。     

IPMC并联驱动仿真与实验研究

电致动高分子智能材料IPMC存在刚性小、输出位移较大、致动力小以及承受电压较低等缺点.因此,提出了利用导电树脂将多片IPMC粘结成多层n-IPMCs的改性方法.利用有限元方法分别建立了单片IPMC和双层并联微驱动器2-IPMCs的仿真模型,对其输出特性进行了仿真预测,继而利用导电树脂粘结技术制备了双层2-IPMCs样品,最后对该样品进行了性能测试实验.实验结果证明,基于导电树脂的2-IPMCs相对于单片的IPMC在输出力、输出位移、刚度、最大承受电压、性能持续性以及保水性等方面都有较大的改进.     

类椭圆非线性迟滞隔振系统的动力学模型

应用类椭圆函数建立了非线性迟滞隔振系统的动力学模型，并导出了系统动力学模型的实用表达式.该模型由非线性刚度和非线性阻尼构造而成，模型中各个参数具有明确的物理意义，各阶刚度系数能很好地描述系统中存在的线性和非线性特性，而阻尼函数能很好地描述系统的迟滞和耗能特性.模型中含有待辨识的阻尼成分函数，该函数能反映系统中可能存在的高阶阻尼、粘性阻尼和干摩擦阻尼等各种阻尼成分.由于在模型中将阻尼项表示为位移的函数，因而减少了测量工作量，方便了数值计算.应用动力学模型重构了非线性迟滞隔振系统的恢复力-位移回线，结果表明理论回线与实验回线吻合得很好.     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

具有非线性迟滞特性的大挠度弹性联轴器建模

本文在对大挠度弹性联轴器振动试验数据进行处理和分析的基础上，用拟合分解法以及阻尼等效原理，提出一个与振动位移幅值有关的非线性迟滞恢复力数学模型，分析表明，该数学模型能很好地描述联轴器的非线性动刚度和阻尼等动态特性对迟滞恢复力的影响，为深入研究船舶推进轴系的振动特性提供了联轴器的数学模型。     

6063Al/Al2O3·SiO2颗粒增强复合材料的阻尼特征研究

利用搅拌铸造法,在6063变形铝合金中添加电厂飞灰颗料,制备了飞灰含量分别为5%、10%、15%、20%的铝基飞灰复合材料.采用多功能内耗仪,利用低频扭摆法和声频衰减法对材料的低高频内耗进行了测量.结果发现,在测试的温度、频率范围内,较之铝基体,复合材料的阻尼能力有较大幅度的提高;并且在同一频率、不同温度下,随着飞灰含量的增加和飞灰颗粒直径的减小,复合材料的内耗值有增加的趋势.另外还发现复合材料的低频内耗值要远大于其高频内耗值.在此基础上还对复合材料的内耗机制进行了探讨,认为该复合材料的内耗机制主要有本征内耗、位错内耗的界面内耗,而在较高温度下主要是界面内耗机制.     

基于集中质量法的纤维增强复合材料的损伤定位

研究了纤维增强复合材料的损伤定位方法，将其命名为“指数幂逼近-集中质量法”.首先，以纤维增强复合材料梁结构为例建立集中质量模型；然后通过理论求解获得未损伤梁的刚度矩阵，结合测试获得的固有频率和正则化的模态振型数据，获得梁结构损伤后的残差力向量，并将其作为关键定位指标；并基于指数幂思想对损伤梁结构的质量块数量进行划分，提出损伤位置逼近判定准则，确定一套规范的损伤定位流程.最后，对带有不同纤维断裂损伤的T300碳纤维/树脂基复合材料梁进行实例研究，研究发现本文提出的定位方法可有效辨识获得复合材料梁的损伤位置.     

Effects of Fiber Volume Fraction on Damping Properties of Three-Dimensional and Five-Directional Braided Composites

The effects of fiber volume fraction on damping properties of carbon fiber three-dimensional and five-directional( 3D-5Dir)braided carbon fiber / epoxyres in composite cantilever beams were studied by experimental modal analysis method. Meanwhile,carbon fiber plain woven laminated / epoxy resin composites with different fiber volume fraction were concerned for comparison. The experimental result of braided specimens shows that the first three orders of natural frequency increase and the first three orders of the damping ratios of specimens decrease, when the fiber volume fraction increases. Furthermore,larger fiber volume fraction will be valuable for the better anti-exiting property of braided composites,and get an opposite effect on dissipation of vibration energy. The fiber volume fraction is an important factor for vibration performance design of braided composites. The comparison between the braided specimens and laminated specimens reveals that 3D braided composites have a wider range of damping properties than laminated composites with the same fiber volume fractions.     

SMA增强复合材料梁的低速冲击响应分析

以形状记忆合金纤维增强复合材料梁为研究对象，应用有限元法对其低速冲击响应进行了分析。采用Newmark直接积分法求解有限元动力方程，并考虑了形状记忆合金对刚度矩阵的影响；同时，利用Hertzian接触定律确定冲击接触力；分析结果表明形状记忆合金能有效地改善复合材料梁的低速冲击响应能力，它的最大位移与最大压应力都有明显减少。     

三维纤维梁单元增量非线性有限元分析

以三维连续体介质力学和虚位移原理为基础,推导了增量更新拉格朗日(UL)列式,此列式中保留了大位移增量刚度矩阵项,并对此刚度矩阵进行修正使其成为对称矩阵.根据增量UL列式,推导出小应变、大位移、大转动三维纤维梁刚度矩阵.该梁单元的刚度矩阵考虑了复合材料非线性、大位移、大转动高度几何非线性.该单元采用平截面假定,忽略剪切变形的影响,以轴线节点的位移表示截面上任意一点位移.根据以上理论编制了分析程序,通过对几个算例分析,证明该方法的精确性、通用性.     

计及基体刚度的单向复合材料应力集中分析

提出了一种计及基体拉伸刚度效应的修正剪滞模型，用于研究单向纤维增强复合材料中由于纤维或基体破坏所引起的应力重分布问题。文中定量讨论了纤维／基体拉伸刚度比及纤维体积分数对断口邻近的纤维和基体的应力集中的影响。证实了当基体拉伸模量较低（如树脂基复合材料）及纤维体积分数较大时，可以忽略基体刚度对应力集中的影响；而对于其它情形（如陶瓷、金属基复合材料），就不可忽略基体刚度的影响。     

层状土中单个管桩的竖向振动特性

将桩周土和桩芯土模拟为连续分布的弹簧和阻尼器,通过求解土层的竖向振动得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数.在考虑土体分层特性的基础上运用传递矩阵法建立了管桩桩顶与桩底位移和轴力的关系,通过考虑桩端边界条件得到了层状土中单个管桩桩顶的竖向复刚度.借助数值算例研究了管桩壁厚、桩土模量比、桩芯土与桩芯土剪切模量比、土层厚度和剪切模量等参数对层状土中管桩竖向振动的影响.     

海洋导管架型平台非线性多层子结构模式分析法

海洋导管架型平台是一个复杂的非线性空间结构。按照通常的方法,这种非线性结构系统不能一次确定力和位移的关系、其总刚度矩阵必须多次迭代才能完成,因而很费计算机机时。本文介绍的多层子结构摸式分析法,根据导管架型平台只是局部非线性结构的特点,把平台结构分成两类子结构模式;非线性子结构模式——桩基浅处的桩土之间相互作用的模式和线性子结构模式——桩基深处的桩模式和导管架模式。每一个子结构模式又可分成简单的超级单元和更简单的基本单元。仅仅非线性子结构漠武需要经过多次迭代求出其刚度矩阵。它与线性子结构刚度矩阵一起组装成平台的总刚度矩阵,进而进行静力和动力分析。由于非线性子结构模式比整个平台结构小得多,因而迭代过程容易完成。各种工况下的复杂的荷载也可以山各种简单的荷载模式组成,因此各种工况的静力和动力分析的结果可以一次求得。木文运用DASOS—J计算机程序(此程序是由大连工学院编制的)按此方法分析了我国渤海某平台的内力计算实例。     

铝液内部直接氧化法制备Al/Al2O3复合材料

提出一种在铝液内部用直接氧化法制Al／Al2O3复合材料的技术，通过在铝液内部吹氧，使熔融铝迅速氧化生成A12O3，凝固后获得具有弥散分布的Al／Al2O3质点的铝基复合材料，并对复合材料的微观结构及力学性能进行了观察分析。试验表明，复合材料中的Al／Al2O3质点分布均匀，通过调节吹氧时间，可方便地制备Al／Al2O3复合材料。     

考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法

利用考虑滑移的钢混凝土组合梁单元,建立了考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法.在粘结剪力和滑移微分控制方程的基础上,建立了关于组合梁单元杆端未知力的力法方程.在力法方程的基础上,给出了组合梁单元的刚度矩阵、杆端位移向量及杆端荷载向量并建立了刚度方程.为验证有限单元法的正确性,对试验梁进行了跨中挠度、沿梁高应变分布及梁端滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法与试验值吻合较好,计算结果可靠.