微机电系统应用中的非线性力学问题分析

微机电系统（MEMS）中常作为和力有关的传感器使用的悬臂梁类型结构，在使用过程中经常会出现淖变形、大位移的情况，这时传统的线性分析方法会导致较大的系统误差。本文基于二次梁理论给出了该几何非线性问题的理论解，其正确性通过有限元的数值计算结果得到验证。这个通过非线性分析得到的理论解不但校正了线性分析方法的系统误差，提高了系统精度，而且扩大了系统的有效使用范围。     

碳纤维编织复合材料冲压成形实验与仿真分析

编织复合材料成形由双曲率曲面构成的复杂结构件时,会导致复杂的纤维重新排布和重新取向,从而影响最终成形件的力学性能。基于纤维增强连续介质力学理论,作者以前提出了一种简单实用的超弹性模型来描述编织复合材料在成形过程中的非线性各向异性力学行为。利用冲压工艺为树脂传递模塑法提供碳纤维编织复合材料预成形件,研究了碳纤维编织复合材料在冲压成形带有双曲率曲面的结构件时的纤维重新排布和重新取向。碳纤维编织布被剪成纱线分别与模具矩形边成0和45°两种样式。利用所提出的模型对实验进行模拟并与实验结果进行对比发现,预测的纤维局部剪切角和边界纤维缩进量与实验结果吻合很好。这一研究对编织复合材料成形的数值预测与结构设计有着重要的意义。     

机织复合材料各向异性超弹性本构模型

基于纤维增强连续介质力学理论,提出一种超弹性本构模型来描述机织复合材料织物在成形过程中由于大变形所引起的非线性各向异性力学行为。在这一模型中,应变能函数被分解成两部分:一部分代表由于经纱和纬纱各自拉伸所产生的拉伸应变能;另一部分代表由于经纱和纬纱之间角度变化而产生的剪切应变能。本构模型中所需的材料参数通过对机织复合材料织物的单向拉伸以及偏拉试验数据的分析与拟合来求得。利用对一平纹机织复合材料的单曲率半球形冲压成形试验进行有限元模拟来验证模型。模拟结果与试验结果对比表明所提出的超弹性本构模型能够很好地表征机织复合材料在大变形下的非线性各向异性力学行为。这一本构模型具有简单实用、材料参数容易确定的优点。该模型对于机织复合材料成形的数值模拟与成形工艺优化设计有着重要的意义。     

基于DIC系统的PE-HD力学性能

基于数字图像相关法(DIC)研究了加载速率和汽油浸泡时间对高密度聚乙烯(PE–HD)材料拉伸性能的影响。实验表明,PE–HD材料的屈服应力随加载速率的增加而增加,但随加载速率的增大,其对屈服应力的影响逐渐减小;断裂伸长率随加载速率的增加明显减小;屈服应变不随加载速率的改变而改变;计算出各加载速率下材料的拉伸弹性模量大小。经汽油处理过的PE–HD屈服应力和拉伸弹性模量随浸泡时间快速下降随后趋于稳定,材料的强度降低到一个稳定的值。     

基于RVE方法的磁流变弹性体力学行为的预测

磁流变弹性体是一种在不同磁场条件下力学性能可控的智能材料。磁流变弹性体的模量为无磁场下材料的模量和磁场诱导产生的模量之和。运用基于周期性边界条件的代表性体积单元法,用理论和有限元两种方法对比研究了无磁场下磁流变弹性体的宏观弹性模量和剪切模量。通过引入Maxwell应力张量,研究了磁流变弹性体在不同磁感应强度下对磁场诱导产生的弹性模量和剪切模量的影响。用RVE的方法证明了,磁流变弹性体由于磁场诱导产生的弹性模量是负数,但总的弹性模量是正数,且其大小随磁感应强度的增大而增大。而其初始剪切模量则始终为正数,其大小随着磁场强度的增大而增大,这与偶极子理论推导得到的结论一致。