非线性粘弹性桩耦合运动中的混沌分析

研究轴向周期载荷作用下非线性粘弹性桩纵横向耦合运动中的混沌运动。桩体材料满足Leaderman非线性粘弹性本构关系和近似的非线性几何关系，考虑桩体发生纵横向运动的耦合，得到的方程为耦合的非线性偏微分一积分方程；利用Galerkin方法将方程简化并进行数值计算，揭示非线性粘弹性桩的混沌运动和分岔等动力学行为。     

基于不可逆内变量热力学的岩石材料粘弹-粘塑性本构方程

岩石材料的粘弹性和粘塑性变形是与时间相关的能量耗散行为。在Rice不可逆内变量热力学框架下,引入两组内变量分别用来描述在粘弹性和粘塑性变形过程中材料的内部结构调整。通过给定比余能的具体形式和内变量的演化方程,推导出内变量粘弹-粘塑性本构方程。粘弹性本构方程具有普遍性,能涵盖Kelvin-Voigt和Poynting-Thomson在内的经典粘弹性模型的本构方程。并指出热力学力与应力呈线性关系是组合元件模型为线性模型的根本原因。粘塑性本构方程能较好地刻画岩石材料在粘塑性变形过程中的硬化现象。对模拟岩石的模型相似材料进行单轴加卸载蠕变试验,将蠕变过程中的粘弹性和粘塑性变形分离并根据试验数据对本构方程的材料参数进行辨识。试验数据和理论曲线对比结果表明该文提出的本构方程能很好地模拟材料的蠕变行为。该类型的本构方程能为岩石工程的长期稳定性的预测、评价以及加固分析提供基础。     

VPF粘性介质粘弹性本构关系研究

为研究粘性介质的力学性能对板材变形的影响,通过剪切蠕变-回复和松弛试验分析了甲基乙烯基粘性介质的流变性能.实验结果表明粘性介质可以简化为线性粘弹性材料.建立了粘性介质的积分型粘弹性本构方程,并结合剪切蠕变-回复过程的有限元分析确定了方程中的材料参数.利用该本构方程对粘性介质压力胀形过程进行了有限元分析,模拟结果与试验结果对比表明,所建立的本构方程可以较好的预测板材的变形过程.     

硅橡胶基电流变弹性体的动态粘弹性及非线性本构模型

对电流变弹性体(electrorheological elastomers,EREs)的动态粘弹性及本构模型进行研究。以硅橡胶为基体,TiO2/尿素核壳颗粒为功能分散相,在1kV/mm取向电场条件下固化,制备颗粒体积含量为30%的各同异性ERE。在不同电场强度、剪切频率、应变幅值下测试ERE的应力-应变滞回曲线,并分析各工况下ERE的动态粘弹性,得到电场强度、应变幅值、剪切频率等因素对ERE动态粘弹性的影响规律。在实验基础上,建立了基于修正Bouc-Wen模型的ERE非线性本构模型,并识别出模型参数。结果表明,该本构模型模拟结果与试验数据吻合较好,说明该模型能够准确表征材料的动态粘弹性和非线性特征。     

静电纺丝法制备细菌纤维素纳米纤维

利用静电纺丝技术,以实验室自制的细菌纤维素(BC)为原材料,选择室温离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物(AMIMCL)为溶解体系,制备出细菌纤维素纳米纤维。实验中通过添加助溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)降低纺丝液的粘度,并设计了转动的滚筒收集器,考察了BC质量分数、DMF的添加量、电压、固化距离等因素对静电纺丝的影响,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)对纺丝进行分析。研究表明,在BC质量分数为5%、AMIMCL与DMF的质量比为1∶2.5、电压为23kV、固化距离为12cm、环境湿度为60%～80%的条件下能够制备出连续的、直径为500～800nm的细菌纤维素纳米纤维;BC的晶体结构为纤维素Ⅰ型,而BC经离子液体溶解并静电纺丝后其结构转化为纤维素Ⅱ型。     

PP木纤维复合材料热粘弹性力学特性研究

通过对PP木纤维复合材料进行应变率为10-4～10-2s-1、温度为90、130、170℃下的单向应力条件下的力学性能试验,结果表明,PP木纤维复合材料的力学响应对温度和应变率都是敏感的,并且升高温度与降低应变率对PP木纤维复合材料的力学性能有等效的影响。利用Maxwell模型提出了该PP木纤维复合材料的一个非线性热粘弹性本构方程,拟合出了相应的粘弹性参数。利用该本构模型模拟了PP木纤维复合材料的热压缩实验,理论计算所得应力-应变曲线与实验结果吻合较好。     

流体粘弹性对喷墨印刷液滴参数影响

目的研究粘弹性非牛顿流体中聚合物参数对喷墨液滴形成过程中各项数据的关系,通过所得数据进行数值处理,构成关于聚合物参数变量的液滴类型空间。方法模拟实验中采用FENE-CR流体模型,将FENE-CR流体模型中的本构方程与纳维斯托克斯方程和连续介质力学相结合,推导出流体聚合物参数与流体粘弹性的关系。建立液滴喷射模型,采用Flow 3D数值模拟方法模拟聚合物参数变化对喷墨液滴形成过程的影响。结果得到了聚合物参数(聚合物延展性L、聚合浓度C和聚合物De值)对喷墨印刷中墨滴断裂过程的各项主要数据:主液滴最终速度vf、液滴尺寸V、墨尾最大长度Z,墨尾一次断裂时间tb的具体关系曲线。结论对于非牛顿粘弹性流体,虽然高分子聚合物在整个流体中所占比例很小,但是它的存在对流体粘弹性变化影响显著,聚合物种类和浓度的不同会最终导致液滴形成过程中各项数值发生巨大的变化。     

纵向振动粘弹性桩的分叉和混沌运动

研究了轴向周期载荷作用下非线性粘弹性嵌岩桩纵向振动的混沌运动。假定桩和土体分别满足Leaderman非线性粘弹性本构关系和线性粘弹性本构关系,得到的运动方程为非线性积分-偏微分方程;利用Galerkin方法将方程简化,并进行了数值计算。数值结果表明纵向振动的非线性粘弹性桩可以通过准周期分叉的方式进入混沌运动。     

高聚物材料动态本构关系对PP/PA共混物的应用研究

用霍布金森实验技术(SHPB)研究了两种PP/PA共混高聚物材料在高应变率(102～103s-1)下的粘弹性力学行为.实验表明,PP/PA共混高聚物材料的动态应力-应变曲线能用一个简单实用的非线性粘弹性本构方程(ZWT方程)较好地表达;通过最小二乘法拟合了材料参数;在加载过程中,理论计算值与实验结果较吻合.     

竖向集中力作用下分数导数型半无限体粘弹性地基变形分析

研究成果表明地基土体具有粘弹性性质,在长期荷载作用下会产生蠕变变形。为了准确预测地基变形,必须建立精确的土体本构模型。分数导数粘弹性模型具有精确度高,确定模型所需的实验参数少,应用范围广的特点。针对半无限体粘弹性地基,采用分数导数粘弹性本构模型模拟土的力学行为,运用弹性-粘弹性对应原理分析了粘弹性地基的变形。研究发现,采用分数导数粘弹性本构模型得到的地基沉降量较经典粘弹性模型要小,经典粘弹性模型不能很好地反映集中力对周围地基沉降的影响以及地基的蠕变性质。