单侧裂纹梁的冲击实验

为了认识裂纹面在截荷作用下接触情况,对边裂纹梁在冲击载荷作用下裂尖裂纹面的接触情况进行了试验研究．冲击载荷是通过重锤从不同高度上自由下落到梁端获得的,裂纹面在裂尖处的接触情况通过嵌固干该处的压电陶瓷片转换为电信号,并传输给数据采集系统．给出具有一个边裂纹及二个边裂纹的梁在不同冲击载荷下接触力的时程曲线,从中可以看出在动载荷作用下裂纹面接触的一些特点．     

cf53钢的淬透性与接触疲劳特性

研究了ｃｆ５３钢的淬透性，以及接触疲劳性能．测定了Ｐ－Ｎ和Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线．扫描电镜分析表明，ｃｆ５３钢接触疲劳损伤是由于表面裂纹的萌生与扩展，直至剥落．摩擦力与τ４５的合力是表面裂纹萌生的驱动力．     

双节理岩体TBM滚刀破岩过程数值模拟

为了研究节理特征对全断面掘进机(tunnel boring machine, TBM)盘形滚刀破岩的影响,采用颗粒流方法建立盘形滚刀与含平行双节理岩体的二维数值模型,进行不同节理倾角和间距的30组数值试验,根据数值试验结果研究岩体破裂模式、滚刀竖向接触力峰值随节理倾角和间距的变化规律、滚刀破岩过程中细观裂纹扩展规律。研究结果表明:不同的节理特征下,滚刀破岩可以分为4种基本的破裂模式;滚刀竖向接触力峰值随节理倾角的增大呈现先减小后增大的趋势,在节理倾角为30°或45°时最小,在节理倾角为90°时最大;滚刀竖向接触力峰值随节理间距的增大总体上呈现增大趋势;随滚刀的贯入,滚刀竖向接触力与细观裂纹个数有3个关联的变化阶段。通过研究TBM滚刀与节理岩体相互作用机制,揭示不同节理特征对滚刀破岩的影响规律,对TBM滚刀的合理设计和施工有一定的指导意义。     

相背夹持两点接触应力场特殊位置的极值应力

点接触夹持是最常见的夹持形式,也是研究线接触与面接触夹持的基础。点接触可以用集中力模型来模拟,在极限状态下点接触产生的摩擦力与法向集中力通过材料的摩擦系数相关联。摩擦力与法向集中力符合库仑摩擦定律。弹性理论中已经给出了半无限体受二维集中力作用模型应力场的公式,借助这些公式可以对点接触的夹持进行应力分析。当然,点接触可以分为相向夹持与相背夹持,相向夹持的情况已经讨论过[1]。本文对摩擦极限状态情况下相背夹持两点接触应力场的分布进行分析,并给出若干特殊线、点的极值应力的大小和主方向。     

局部约束模式对单颗粒破碎强度的影响

为了研究不同约束模式对单颗粒破碎的影响,通过改变颗粒的接触状态（接触点个数、接触角度）设计一系列约束模式.对描述颗粒接触状态的二维矩阵进行奇异值分解（SVD）,得到量化颗粒约束状态的特征值.基于Voronoi图生成试样的随机不规则网格,在连续-离散耦合分析方法（FDEM）的基础上建立颗粒模型,研究颗粒的破碎强度和破碎形式与约束模式之间的关系,建立考虑颗粒约束模式的破碎阈值模型.通过大量的数值模拟结果可以看出,在颗粒破碎过程中,靠近竖直加载轴线的约束部位出现初始裂纹,并逐渐发展成为宏观贯穿裂缝,继而圆周侧向约束部位出现向顶部或底部约束部位扩展的裂纹.颗粒接触点或者配位数越多,SVD分解得到的平均奇异值越大,颗粒破碎阈值越高.在接触点或者配位数相同的情况下,约束模式对应的平均奇异值越高或偏状态程度越低,颗粒抵抗破碎的能力越强.     

超声波的减摩特性

处于超声振动状态的物体表面具有减小摩擦磨损的特性,从质点微观振动和声悬浮力学角度两方面进行分析得出:①超声振动改变了接触面间的摩擦状态;②超声振动减小了接触面的有效接触面积;③振动力和辐射压减小了正压力。利用实验方法测得了振动参数与摩擦性能之间的关系,测试结果表明:当振幅为5μm时,摩擦系数降低为无振动状态时的10%。     

微型触点跳跃开关动态特性的测试

本文论述了作者研制的一种自动测试仪器的基本原理及用途。该仪器用来测试触点跳跃式机械开关的特性(动触点机构所受驱动力Fc与其位移S之间的函数特性)。在测得驱动力Fs和位移S后,用微处理机对数据进行处理,由X-Y绘图仪绘出开关正、反行程的特性曲线,并绘出坐标值及特殊点的Fs值。     

Micro contact and stick-slip number between AFM probe tip and sample surface

Atomic force microscope (AFM) has become a main instrument in characterization of micro topography and micro tribology of surfaces. Under its contact mode, AFM probe tip slides on the surface in the direction perpendicular to its longitudinal axis to get topography and lateral force images simultaneously. During the scanning, the AFM tip is loaded by both a normal force and a lateral force, which make the probe bend and twist. In their pioneering work, Mate et al.[1] used AFM to measure m…     

同向夹持两点接触应力场特殊位置的极值应力

夹持是一种依靠摩擦力工作的约束形式。法向力自身平衡,摩擦力与外力平衡。点接触夹持是最常见的夹持形式,也是研究线接触与面接触夹持的基础。点接触可以用集中力模型来模拟,在极限状态下点接触产生的摩擦力与法向集中力通过材料的摩擦系数相关联。摩擦力与法向集中力符合库仑摩擦定律。弹性理论中已经给出了半无限体受二维集中力作用模型应力场的公式,借助这些公式可以对点接触的夹持进行应力分析。本文从一点接触应力场的分布规律开始,对在摩擦极限状态情况下同向夹持两点接触应力场的分布进行了分析。并给出了若干特殊线、点的极值应力的大小和主方向。     

脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析

针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学（PD）理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构建能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的PD数值体系.通过定量分析确定最佳近场尺寸及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证所提模型和算法,结果表明：改进型PD模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题.模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律.     

Study on microscale adhesion between solid surfaces with scanning probe

The adhesion between two parallel solid surfaces is of great interest with the rapid development of micro-nano devices and instruments. The adhesion forces between a flat tip with a diameter ～1.7 μm and some surface have been determined by recording the force-displacement curves with an atomic force microscope (AFM). The flat tip is used to prevent wear and mimic the adhesion between two parallel surfaces. The free energy of the solid surface is calculated by the contact angles between the probe liquids and the surface. The adhesion force between parallel solid surfaces cannot be predicted by the theory of thermodynamic surface free energy. The adhesion measurements were carried out under ambient conditions, in a nitrogen-filled glove box, under distilled water, and under potassium chloride (KCl) solution. The outcome shows that the real contact area without the applied load is only a small proportion of the apparent contact area. The measurement stability and repeatability of adhesion by the AFM depend on the surface characterization, measurement methods and the environment. Under different environments, there are different interactions and factors affecting the adhesion force, and the dominant interactions and factors may be different too. The various interactions and factors are mutually coupled to determine the final adhesion force.     

永磁微加速度开关设计与仿真

基于永磁铁磁力随位移的非线性变化特性,提出了一种新型磁力微加速度开关设计方案．建立了含有永磁力、气膜阻尼力、表面接触力、惯性力的开关系统动力学分析模型,给出了质量块在开关多种工作状态下的运动微分方程．对开关工作过程中质量块位置、永磁力、空气阻尼力、质量块与触点接触力等参数的变化规律进行了仿真,结果表明：该设计可以受控于加速度门限完成闭合-断开功能;微开关系统阻尼由质量块与封装外壳间隙厚度决定,为一变阻尼系统;开关闭合时电接触可靠性取决于质量块对触点的压力;开关闭合和截止所需的激励加速度门限值受永磁铁磁力和支撑梁刚度参数的控制．     

多盘转静子系统轴向碰摩点分布研究

为分析转静子系统发生轴向碰摩时碰摩点的分布情况,建立了多盘转静子系统力学模型,综合考虑了盘在横向和纵向上的振动位移,应用弯曲变形理论确定了圆盘在两个方向上的转动角位移,基于平行四边形法则得到了圆盘的合成角位移,推导并给出了碰摩点分布及其轴向碰摩力的数学表达式。根据所推导的碰摩点轴向位移和轴向力公式,即可建立轴向碰摩时的振动微分方程。     

Ultrasound probe guiding method using vision and force

Since images in traditional ultrasound-guided puncture surgery are obtained by touching the position of the lesion with a hand-held ultrasound probe, it often causes puncture failure by inaccurate probe positioning and unstable contact force control due to the doctor’s fatigue or poor experience. In this regard, a method for guiding the automatic positioning of the ultrasonic probe by using vision and force is proposed. First, the combined image processing algorithm and matching algorithm are used to detect the small target feature points. Then, the robotic arm is used to guide the ultrasonic probe to the initial desired pose based on the desired image through the positional visual servo and pose transformation. Finally, the force closed-loop control algorithm is adopted to fine-tune the probe position to ensure a constant contact pressure. Experimental results show that the average of the feature point detection matching error and the average visual positioning error of this method is within 2.5 pixels, and that the average contact force of the ultrasonic probe is stable at 3.86N. Compared with the traditional hand-held method, the ultrasonic probe has a higher positioning accuracy and more stable contact with the measured object, which makes the doctor’s operation easier.     

Contact theory

Contacts between two general blocks are the fundamental problem for discontinuous analysis. There are different contact points in different block positions, and there may have infinite contact point pairs in the same block position. In this paper, a new concept of an entrance block for solving the contacts between two general blocks is introduced. The boundary of an entrance block is a contact cover system. Contact covers may consist of contact vectors, edges, angles or polygons. Each contact cover defines a contact point and all closed-contact points define the movements, rotations and deformations of all blocks as in real cases. Given a reference point, the concept of entrance block simplifies the contact computation in the following ways.(1) The shortest distance between two blocks can be computed by the shortest distance between the reference point and the surface of the entrance block.(2) As the reference point outside the entrance block moves onto the surface of entrance block, the first entrance takes place. This first entrance point on the entrance block surface defines the contact points and related contact locations.(3) If the reference point is already inside the entrance block, it will exit the entrance block along the shortest path. The corresponding shortest exit point on the entrance block surface defines the contact points and related contact locations. All blocks and angles here are defined by inequality equations. Algebraic operations on blocks and angles are described here. Since the blocks and angles are point sets with infinite points, the geometric computations are difficult, and therefore the geometric computations are performed by related algebraic operations.     

膜厚对粉末润滑层特性影响的试验研究

采用真实接触面积比定量表征粉末层的破坏过程,通过模型研究不同膜厚的粉末层承载和摩擦力分布情况。当膜厚值较小时,承载较小且承载峰值较低,承载不均匀,容易导致载荷集中,粉末层局部破坏严重,真实接触面积比较迅速下降。当膜厚值较大时,承载较大且承载峰值较多,承载均匀,粉末层破坏不严重,润滑效果好。膜厚值大则剪切力较大,粉末层局部被破坏,上下试件之间发生相对滑移,且剪切力较大的粉末层迅速被破坏,粉末层局部破坏扩散较快,真实接触面积比快速下降。     

基于离散元的岩石单轴压缩实验模拟及断裂特性分析

利用20 t级单轴实验机对大庆三肇地区深层岩石进行单轴压缩实验。基于室内实验力学得到岩石物理参数及单轴压缩所能测出的接触参数,通过离散元软件虚拟参数标定得到与室内实验相似力学性质的模拟岩石试样,并通过离散元软件EDEM对该岩石试样进行单轴压缩实验模拟,得到应力⁃应变曲线,通过对应力⁃应变曲线得到阶段性的破坏过程,研究了在单轴应力条件下岩石破坏的阶段性形态及微观的力链断裂特征及不同时刻黏结键数目与时间的关系。研究表明,在单轴压缩过程中脆性岩石没有较大的变形,力链断裂的方式为直接断裂,没有发生很大的形变。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发展的结果。     

微动磨损对弹条II型扣件弹条断裂的影响分析

弹条是实现弹条II型扣件功能的主要元件,传统的疲劳分析方法主要从弹条的应力、应变入手,这并不能反映真实情况,因为弹条在工作中与其它构件接触面表面之间存在微小的相互移动,即微动．应用非线性接触理论,采用库仑摩擦模型模拟弹条与周围接触元件之间的摩擦接触情况,计算出弹条各点的剪切应力τ、相对位移δ及二者乘积τ·δ的值;并采用离散裂缝模型来模拟扣件裂纹的生成及扩展．理论分析表明,若微动磨损在弹条疲劳断裂过程中起主要作用,则断口处应位于弹条中τ·δ值最大的点附件．扣件疲劳试验表明,弹条断口处位于弹条尾部与轨距挡板接触处,处于τ及τ·δ最大的点之间且更靠近τ·δ值最大的点．弹条尾部与轨距挡板之间由于微动磨损产生裂纹,形成污染源,反复作用下,裂纹扩展,最终导致弹条断裂．试验证明了弹条微动磨损理论分析的正确性,为改进弹条设计,提高其疲劳寿命提供科学依据．     

考虑张裂缝的地震边坡屈服加速度计算方法研究

传统边坡地震稳定性分析方法鲜有考虑土体拉裂破坏引起的张裂缝。基于极限平衡-拟静力法建立了水平地震力和竖向地震力作用下的力与力矩平衡方程,运用变分理论获得其临界破坏面及其对应的正应力分布,考虑土体没有抗拉强度建立考虑张裂缝的地震边坡屈服加速度的闭合解答。张裂缝的出现会显著降低地震边坡的稳定性,对于垂直边坡将达到50%。当边坡坡度较大时,竖向地震力向下作用获得的屈服加速度更小,当边坡坡度较小时,竖向地震力向上作用获得的屈服加速度更小。     

钢筋混凝土锈胀效应的模拟实验研究

通过油压模拟钢筋锈胀力实验,得到了当混凝土表面产生顺筋裂缝时所对应的油压值.由于采用的实验模型与实际钢筋非均匀锈胀效应具有一定的相似性,因此所得到的油压值能够近似地反映出实际的钢筋锈胀力.在混凝土表面所产生的顺筋裂缝证明了锈胀裂缝最终是在混凝土保护层的正上方.