基于物理中面的压电功能梯度板几何非线性弯曲分析

基于物理中面的概念,建立了压电功能梯度板(FGM)几何非线性静力弯曲的基本方程,利用Ritz法研究了材料性质、梯度指数等对FGM板考虑几何非线性时弯曲变形的影响,并通过不同的电压施加方式探讨了压电材料对FGM板变形控制的规律。与已有文献结果对比分析表明,本文建立的方程和采用的方法是可靠的;基于几何非线性方程求解功能梯度材料板的静力变形时,计算偏差随着物理中面与几何中面位置偏差的增大而增大,在利用压电材料对FGM板的变形进行控制时,宜采用物理中面。     

基于ABAQUS的功能梯度材料等参梯度有限元分析

以大型商用有限元软件ABAQUS为计算平台,基于等参梯度单元法的思想,建立功能梯度材料结构的有限元分析模型,进行有限元计算分析。数值算例表明,等参梯度有限单元法的应力和位移计算结果均与解析解吻合得很好。根据设计组分材料Y-TZP弹性模量的三种工况,讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响。通过有限元网格加密的数值算例,发现等参梯度有限单元法具有精度高和收敛快的特点。     

功能梯度材料圆板在随从力作用下的稳定性

研究了由陶瓷和金属两种材料组成的功能梯度材料(FGM)圆板在非保守随从力作用下的稳定性问题。假设功能梯度材料性质只沿板厚度方向并按成分百分比的幂指数形式连续变化。推导了问题的控制微分方程,打靶法数值求解所得非线性边值问题,获得了两种边界下功能梯度圆板的变形与无量纲随从力之间的关系曲线。讨论了材料梯度指数以及两种边界条件对过屈曲和弯曲行为的影响。数值结果表明,两种边界条件下,各向同性均匀圆板都发生传统意义上的屈曲,而FGM圆板在随从载荷下,当梯度指标P0.1时发生屈曲,当P0.1时只发生弯曲。结果显示,材料的梯度性质和边界条件对弯曲和屈曲行为都有重要影响。     

湿热环境对含板芯脱胶复合材料蜂窝板固有频率的影响

对于由复合材料层合板和Nomex芯层构成的含板芯脱胶蜂窝板,进行了不同温湿度下固有频率的数值分析,以探究板芯脱胶对复合材料蜂窝板在湿热环境下固有频率的影响。基于分段剪切变形理论,利用湿热膨胀的等效性,考虑变形后上面板与芯层在脱胶区域处的位移差值,对蜂窝板的运动控制方程进行求解。建立了四端固支的含板芯脱胶复合材料蜂窝板有限元模型。分别讨论了温度、湿度、温湿度联合作用对不同板芯脱胶面积蜂窝板固有频率的影响。算例结果表明:吸湿量在0.5%～0.75%之间时,25%脱胶面积的蜂窝板首先出现了屈曲效应;湿热条件不变时,随着脱胶面积的扩大,复合材料蜂窝板的前三阶固有频率逐渐降低,且对第一阶固有频率的影响最大;当湿热应力达到一定程度时,脱胶面积的增加,会使蜂窝板结构更早地进入湿热屈曲状态,且屈曲效应的影响是从低阶频率逐步扩展到高阶频率;湿、热联合作用下,18%脱胶面积蜂窝板的固有频率受环境的影响最严重。     

日本开发出新型压电材料电致伸缩效应提高40倍

日本科学技术振兴机构与物质材料研究机构的联合研究小组共同开发出一种基于新原理的压电材料。这种压电材料通过增加电场,使物质的晶体结构发生伸缩。这种利用全新原理开发出的压电材料的电致伸缩效应为历来同样材料的40倍。     

功能梯度复合材料圆柱壳基本理论及长壳固有振动解

本文首先在功能梯度复合材料圆柱壳基本理论上将原始三维变系数控制方程转化为特殊类型各向异性及薄膜-弯曲耦联的二维常系数方程;对相当长圆柱壳提出轴向、周向分离变量振型函数,求取满足基本微分方程的固有振动解析解,得到功能梯度圆柱壳固有频率与振型分析的一般性方法,适用于任意功能梯度分布复合材料长圆柱壳。     

单壁碳纳米管在非局部粘弹性基体中的振动特性研究

基于非局部弹性理论,针对非局部粘弹性基体中单壁碳纳米管的振动特性问题进行了研究。通过引入欧拉梁模型和非局部粘弹性地基模型,建立了系统的振动控制方程,并利用传递函数法得到了任意边界条件下非局部粘弹性基体中单壁碳纳米管固有频率的封闭解。以某根置于非局部粘弹性基体中的单壁碳纳米管为例,计算了不同边界条件和非局部参数下碳纳米管的前三阶固有频率,并在此基础上研究了非局部粘弹性基体主要材料参数对碳纳米管固有频率的影响特性。结果表明,所建分析模型和求解方法在分析粘弹性基体中碳纳米管的振动特性问题中准确有效。     

管道金属磁记忆检测缺陷的判别分析模型

线性判别分析模型能较好地识别应力集中和宏观裂纹这两种缺陷,通过计算机仿真分析,100次模拟的平均诊断正确率达到了85.5%。经过改进的带切向梯度和法向梯度乘积的非线性判别模型的识别效果最好,其100次模拟的平均诊断正确率达到了91.4%,显著高于线性模型的识别效果。     

桩筏基础非线性共同作用数值分析

平面壳体单元模拟筏基 ,用一维杆单元模拟桩体 ,用广义剪切位移法和有限层法模拟桩的非线性工作性状和桩 -土、桩 -桩、土 -土之间的非线性相互作用 ,建立了考虑筏板实际刚度的桩筏基础非线性共同作用分析方法。通过算例分析 ,探讨了筏板刚度、布桩方式等因素对桩筏基础非线性共同作用的影响规律。     

热力联合作用下热塑性复合材料悬臂梁的弹塑性分析

纤维增强热塑性复合材料由于基体韧性的增大导致其弹塑性特性突出，而考虑温度影响后其力学行为则更为复杂。考虑非线性热载荷与弯矩联合作用的影响，基于Timoshenko梁和塑性线性强化理论，建立了针对纤维增强热塑性复合材料悬臂直梁弹塑性问题的理论分析模型，得到了悬臂直梁应力和位移的解析解，并将解析解分别与文献和有限元的计算结果进行对比，验证了所建理论分析模型的正确性。在此基础上，分析了不同弯矩、纤维铺层角和跨高比对悬臂直梁弹塑性行为的影响。相关结论可为纤维增强热塑性复合材料的设计和工程应用提供参考。     

物理效应与功能无机非金属材料

本文简要介绍了部分物理效应和基于这些效应而开发的一些无机非金属材料,如智能材料,非线性光学材料、铁电材料、铁磁性材料、压电材料、压敏材料、超低声衰减材料、微波介质材料及电磁屏蔽材料等。同时也介绍了这些材料的应用领域。     

基于分层法的功能梯度材料有限元分析

基于分层法,本文采用有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。将功能梯度材料平面结构划分成若干层,每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数,然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分,建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。数值算例表明,功能梯度材料平面结构应力和位移的有限元计算结果与解析解吻合得很好。通过设计组分材料Y-TZP弹性模量的三种工况,讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响。数值结果显示,弹性模量梯度系数变大对应力和位移的有限元计算结果有影响,对应力的影响较大而对位移的影响较小。     

溶剂浸渍树脂吸着螺旋霉素的动力学模型研究

本文根据颗粒扩散控制机制,认为溶剂萃取过程和固体内表面的吸附同时发生,建立了有限浴条件下溶剂浸溃树脂吸着螺旋霉素的动力学模型.浸渍树脂静态吸附螺旋霉素的计算值与实验值接近,得到螺旋霉素在浸渍树脂内的有效扩散系数为3.7×10~(-12)～29.4×10~(-12)m~2/s.线性吸附等温线条件下的分析解与非线性条件下的数值解比较,表明线性假设能较好地反映实际过程.     

切向均布随从力作用下的特殊正交各向异性矩形板振动特性

对于不同边界条件下受切向均布随从力的特殊正交各向异性矩形板,通过改变边长比,板的失稳临界值发生变化。建立受切向均布随从力的矩形板的运动微分方程,利用微分求积法得到复特征方程。通过求解复特征方程,得出矩形板振动复频率与随从力的变化关系,以及边长比对板失稳形式的影响。计算结果表明,固支能提高板的固有频率;简支能降低板的固有频率;自由边介于二者之间。对于cccc、cfcf、cfff以及csfs 4种边界条件的特殊正交各向异性板,当边长比β=a/b超过一定临界值时,在均布随从力作用下,其失稳形式从发散转为颤振。对于ssss,scsc及cscs 3种边界条件,无论β=a/b如何变化,其失稳形式保持发散不变。     

基于短时能量和线性拟合的泄漏信号传播速度测量方法

提出基于短时能量和线性拟合的测量方法(简称短时能量法),能较准确地确定两个压电传感器输出信号的起始点,将这两个起始点对应的时间差作为信号的传播时间,再对不同传播距离下的平均传播时间进行线性拟合得到声速,从而减小了声速的测量误差。通过线性拟合度r-square来定量评价该方法的有效性,并与互相关方法和自适应方法进行了比较。     

子午线轮胎固有频率和阻尼辨识的数值与实验研究

研究了一种轮胎固有频率和阻尼比辨识的数值-实验混合方法。数值分析采用非线性有限元方法对强非线性黏弹性轮胎进行模态分析,给出轮胎有阻尼固有频率和无阻尼固有频率的求解,利用模态分量法辨识出各阶模态下的阻尼比。仿真计算结果和实验结果的对比表明,给出的求解固有频率和阻尼比的方法是可靠的。     

钛白工程用大型酸解罐玻璃钢盖子设计

酸解罐玻璃钢盖子作为加筋复合材料板壳,应用解析方法很难求解。本文利用有限单元位移法,采用复合材料四节点厚壳单元建立模型,计算时忽略剪切变形的影响,考虑了壳体薄膜应力应变和弯曲应力应变之间的耦合效应,对酸解罐玻璃钢盔子进行了结构优化设计,从而充分发挥了复合材料结构的可设计性。     

含电流变体智能复合材料梁的振动响应分析

电流变体材料是智能材料系统中重要的作动器材料之一。电流变体材料在外加电场作用下,其流变性能会发生较大变化。本文实验测定了电流变体的剪切模量,建立了含有电流变体材料的智能复合材料梁结构的振动模型,并对不同电场作用下梁的振动响应进行了分析,结果表明,随着外加电场强度的增加,梁的固有频率和损耗系数均显著增加,振动响应明显减少。     

梯度结构压电纤维复合材料动态能量采集仿真

采用多物理场仿真软件建立梯度结构压电纤维复合材料能量采集动态仿真模型,研究了叉指电极结构、压电纤维复合结构层参数以及外加负载等对能量采集特性的影响及相关规律.结果表明:在相同宏观压电层结构参数条件下,梯度结构压电纤维复合材料可获得比传统结构更高的输出电压;保持梯度结构参数不变的前提下,聚合物弹性模量越小输出电压越高,随...     

基于聚氨酯的高分子功能材料的导电响应特征

复合型弹性体功能材料运用于柔性传感领域具有广阔前景,电学特性是影响功能性的关键。分别将超导炭黑、碳纳米管、石墨与聚氨酯柔性基体共混融合合成一类弹性体功能复合材料,研究了复合材料在不同弹塑性变形特性情况下的电学性能,探索了复合材料在外力作用以及不同形变弯曲角度情况下的电学特征,讨论了不同温度环境对复合材料电学性能的影响规律。研究表明填料导电性能越好,在复合材料硬度范围60～80 HA的电阻率变化越小;施加外力作用时,复合材料电阻率刚开始突变明显,在7～8 N以后变化平缓均保持较好的线性度;材料从180°到100°形变弯曲时,电阻均呈下降趋势,添加导电性强的填料的材料线性度较好;温度上升,电阻先增后降,均具有正温度系数效应又具有负温度系数效应,转折点在60℃左右。研究结果为进一步研发基于复合弹性体功能材料的柔性传感器提供了参考。