引导硅微结构弹性系统的力学分析方法

对静电梳微谐振器中引导硅微结构的弹性系统进行了全面的力学分析,建立了符合实际的力学模型,提出了有关的力学分析方法,推导了应力、位移、弹性常数等力学参量的计算公式。与国外文献相比,得到了结论更符合实际。     

颗粒增强复合材料有效弹性模量的预报

用细观力学的方法对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行研究,把材料简化为三相模型,陶瓷粒子和基体壳简化为椭球形二相胞元,用Mori-Tanaka法建立二相胞元的刚度预报模型.结果表明,二相胞元为横观各向同性,具有5个独立的弹性常数.据二相胞元方位的随机性,由应力应变换轴公式和物理方程确定复合材料的平均应变,进而得到复合材料的等效弹性模量和等效泊松比以及等效刚度模量的理论计算公式,并通过对所建模型的分析,确定各参量与陶瓷颗粒含量之间的关系.     

正态分布非均匀各向同性弹性材料的有效力学性质分析

结合有限单元法和数理统计技术,采用随机格形模型研究正态分布非均匀各向同性弹性材料微结构非均匀性对有效力学性质的影响.首先,建立随机格形模型,结合舍选法得到若干组材料参数序列,作为随机格形模型的输入数据,以模拟材料正态分布的微结构力学性质,对模型试样施加单向位移拉伸载荷,开展数值模拟实验,获得非均匀材料有效力学性质子样,最后运用数理统计技术处理数据,得到材料有效力学性质的统计特征.结果表明,组分弹性模量呈正态分布的非均匀材料,其有效力学性质参数也呈正态分布,而且有效泊松比还表现出很弱的方向性;有效弹性模量期望值则小于组分弹性模量的期望值.     

X型内凹蜂窝结构的拉伸力学行为研究

基于内凹机制,将星型和内凹六边形的微结构相结合,设计一种新型内凹蜂窝结构模型(简称X型结构)。针对该结构模型,给出了其相对密度,以达到轻量化的目的。采用有限元软件Abaqus对该结构进行轴向拉伸力学行为研究,得到了该结构的尖端内凹角、单元壁厚度、外夹角以及材料属性对等效弹性模量和泊松比的变化规律。数值结果表明:影响结构的重要因素是外夹角,随着外夹角在一定范围内的增加,使得其等效弹性模量和泊松比随之增大,在外夹角达到约67°时,该结构为零泊松比结构;当单元壁厚度越大,结构的负泊松比效应越明显,等效弹性模量也越来越大;当尖端内凹角越小,负泊松比效应越强。该研究结果可为新型负泊松结构的优化设计提供新的借鉴思路。     

基于QC多尺度模拟的单晶铜微构件压缩过程力学特性分析

基于准连续介质多尺度模拟方法,建立单晶铜杆状微构件的压缩过程系列仿真模型,分析结构尺寸参数对微构件的弹性模量、弹性极限、屈服极限及泊松比等力学特性的影响。通过研究微构件在压缩变形时的形变、内部应力和应变能的演化规律,获得杆状微构件压缩变形及溃裂的产生机制。研究结果表明:与宏观值相比,压缩时的弹性模量、弹性极限和屈服极限的尺寸效应显著,而其泊松比变化不明显;杆状微构件在一维方向上的尺寸改变对其力学特性影响不明显;在压缩过程中孪生和位错滑移现象显著,微构件内部部分区域存在有应力集中,且大部分区域存在应变能突然减小的现象。     

压电弯曲效应弹性环晶片夹持结构设计

为验证石英晶片弯曲效应,设计了弹性环晶片夹持结构.根据弹性力学和压电学推导石英晶片弯曲应力和极化强度计算公式,接着对设计的弹性环晶片夹持结构进行受力分析,为了减少结构变形对传感器使用影响,根据弹性力学能量原理推导出在载荷作用下该弹性环结构静刚度计算公式,并采用有限元方法进行强度和刚度校核.理论计算、有限元分析和实测均表明,该弹性环晶片夹持结构刚度＞ 10 kgf/um,满足传感器设计要求.该弹性环晶片夹持结构必将促进新型悬臂梁测力传感器和微执行器的研发.     

卷取机卷筒径向压力的研究

由弹性力学的知识,推导出卷筒受力的变形量。用数学方法把带卷径向弹性模量当做变量来处理,考虑带卷的缩径推导出铝带卷受张力作用产生的变形量。根据两者的变形量相等得出卷取机卷筒径向压力的计算公式。     

基于有限元法的黏弹性材料动态力学参数测量方法

提出一种通过测量黏弹性空腔覆盖层反射系数,结合有限元法计算黏弹性材料动态力学参数的方法。分别测量黏弹性空腔覆盖层在两种不同背衬条件下的反射系数,并根据黏弹性空腔覆盖层反射系数的有限元计算模型,建立求解黏弹性材料动态力学参数的二元方程组。利用二元非线性方程组求根的牛顿迭代法,求解方程组可以获得黏弹性材料的复纵波声速和复剪切波声速,进而计算复弹性模量和复泊松比等其他黏弹性动态力学参数。在水声声管中采用双水听器法测量某种聚氨酯材料样品的反射系数,获得了黏弹性材料的动态力学参数,并讨论试验误差对结果的影响:当双水听器的幅值不一致时,对复弹性模量和复泊松比实部的影响较大;当双水听器的相位不一致时,主要影响复弹性模量和复泊松比实部的损耗因子。     

多材料负泊松比微结构拓扑优化设计

复合材料优化设计为负泊松比结构提供更大的设计空间,可以充分挖掘材料的各种潜力.为实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计,文中基于序列插值法,对多材料密度进行归一化处理,得到了多材料插值模型,该模型能够使多材料在设计域内向不同材料点集合,可以在单一设计变量下完成多材料拓扑优化设计,无需增加额外设计变量.结合能量均匀化理论,以等效负泊松比为优化目标,进行相应的灵敏度分析,对优化模型进行求解,最终得到了具有负泊松比效应的多材料微结构.然后根据优化结果,对拓扑构型进行重构,并进行有限元分析,得到的结构具有负泊松比效应,结果表明,该方法能有效实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计.     

三维编织C/SiC复合材料弹性常数预报

基于纤维倾角模型 ,根据层合板理论推导出其弹性常数计算公式。三维编织C/SiC复合材料不同于树脂基复合材料 ,一是纤维模量低于基体模量 ,二是碳纤维在高温沉积热解碳和碳化硅后模量有较大幅度的下降 ,还有较多的空洞存在。考虑到这些因素对三维编织C/SiC复合材料弹性性能的影响 ,编制了相应的C语言计算程序 ,预报了三维编织C/SiC复合材料的纵向弹性性能 ,对程序计算结果进行了分析讨论。另外 ,通过力学实验来验证了理论分析的可靠性。