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。     

粘弹性材料的ADF模型研究

采用GA-BFGS混合遗传算法建立了一套确定粘弹性模型参数的方法,对ADF模型进行参数拟合,并与标准流变模型,GHM模型及试验结果进行了比较。基于ADF模型的本构方程和控制方程,建立了粘弹性自由层阻尼悬臂梁的有限元方程。算例表明,本文确定模型参数的方法是有效的;同时通过对自由层悬臂梁的有限元模态分析,表明ADF模型在描述粘弹性材料本构关系中具有结构简单,计算精确,方便和有限元相结合的特点。     

粘弹性材料本构模型的研究

介绍了近年来建立粘弹性材料本构模型的方法。目前主要有两种方法:利用现有本构模型;对粘弹性材料进行试验研究,拟合实验曲线。     

考虑温度效应的沥青混合料参数模型

选取修正Burgers模型作为沥青混合料的粘弹性本构模型,基于最小二乘法原理对单轴压缩蠕变试验数据进行拟合,获得本构模型的粘弹性参数。考虑温度变化对沥青混合料粘弹性的影响,建立修正Burgers模型的粘弹性参数模型,运用实验数据拟合粘弹性参数模型的分项系数,理论计算考虑温度效应的蠕变柔量,与实验结果对比分析表明,参数模型有较好的适用性,拟合精度高。粘弹性参数模型能将有限的实验数据推广到其他温度工况,节约大量实验,具有很好适用性。     

钢/尼龙夹层板动态压缩力学性能研究

为研究钢/尼龙夹层板的适用性,对夹层板的动态压缩力学性能进行仿真和试验研究。利用有限元软件LSDYNA对霍普金森压杆(SHPB)实验进行数值模拟,结果表明钢/尼龙夹层板是一种应变率敏感性材料。基于朱王唐(ZWT)非线性粘弹性模型拟合得到不同厚度比的钢/尼龙夹层板的动态压缩本构方程。经实验验证,本构方程具有较高精度,可以用于对该类夹层板动态压缩力学性能的预测,同时也证明该文的SHPB实验的数值模拟方法正确性。     

麦秆发泡包装衬垫非线性粘弹性模型及参数识别

由非线性粘弹性材料的一维Volterra-Frecher积分型本构方程推导得出了非线性粘弹性材料的一维微分型本构方程,建立了麦秆发泡包装衬垫的非线性粘弹性模型。根据在一种跌落高度、一种衬垫厚度和静态应力条件下的麦秆发泡包装衬垫的动态压缩试验数据,识别出了其缓冲性能模型参数。     

粘弹性对称铺设层合板的非线性动力响应

基于Karman板理论和线粘弹性Boltzmann叠加原理,建立了粘弹性对称铺设层合板的非线性积分—偏微分动力学方程。针对材料具积分型本构关系以及松弛模量为Prony级数的形式,应用Galerkin技术、Newmark方法和Newton-Cotes方法,给出了求解粘弹性层合结构非线性动力学问题的一种有效的数值算法。具体地求解了若干算例,且与相关文献进行了比较。     

DBU/DMSO/CO2溶剂体系中纤维素聚离子液体的合成及性质

针对环境污染以及石油资源的不可再生问题,开发环境友好、来源广泛且易改性的可再生资源具有十分重要的意义。本研究采用DBU/DMSO/CO_2可逆离子液体溶解体系对生物质资源中最多的纤维素进行溶解活化,再用2,3-吡啶二羧酸酐对其进行化学改性,以制备出吡啶阳离子基纤维素聚离子液体,并探索反应温度、物质的量比、反应时间对取代度的影响。结果表明,在2,3-吡啶二羧酸酐与纤维素脱水葡萄糖单元(AGU)物质的量比为1.2∶1、反应温度为80℃、反应时间为4 h时,得到了最高取代度(2.18)的产物。采用傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振仪表征了纤维素聚离子液体的结构,采用同步式热分析仪测试了其热性能,其初始分解温度最高为152℃。采用本研究方法制备纤维素聚离子液体的操作过程简单,基本无环境污染及副产物,对开发新的纤维素衍生物具有一定的指导意义。     

DMSO/离子液体复合溶剂湿法纺丝制备纤维素纤维的凝固条件

DMSO/离子液体复合溶剂对纤维素具有良好溶解性能,可望成为纤维素纤维大规模生产的新型技术路线溶剂。本文研究了以DMSO/离子液体混合物作为复合溶剂高效溶解纤维素并进行湿法纺丝过程的中凝固浴条件对再生纤维结晶、取向结构、力学性能以及微观形貌的影响。研究结果表明:在其它条件不变的前提下,随着凝固浴浓度或凝固浴温度的增加,再生纤维素纤维的结晶度和无定形区取向因子都出现了先增加后减小的变化规律,晶区取向因子则无太大变化;再生纤维的断裂强度和模量也有与此类似的变化规律;SEM测试表明,较优凝固浴条件下制备的再生纤维截面圆整,无明显皮芯结构,孔洞较少。     

屈曲粘弹性Timoshenko斜梁的混沌运动区域分析

由于各向同性粘弹性体剪应力-角应变的本构关系与应力-应变的本构关系相似，据此可以得到屈曲粘弹性Timoshenko斜梁在铅垂外扰力作用下的动力方程，采用Melnikov法及Galerkin原理研究了屈曲粘弹性Timoshenko斜梁的混沌运动，并讨论分析了倾斜角、剪切变形、长厚比、外阻尼与内阻尼比对屈曲粘弹性梁混沌运动区域的影响。     

Maxwell模型粘弹性矩形厚板固有横向振动

由于各向同性粘弹性体剪应力-角应变的本构关系与应力-应变的本构关系相似,据此可得到Maxwell模型粘弹性矩形厚板固有横振微分方程。并讨论了Maxwell粘弹性矩形厚板的振动特性。