轻质材料微结构构型的拓扑优化设计

为了减轻结构的质量和降低成本,针对轻质材料,提出将整体的边界条件转化为微结构单胞的边界条件,建立微结构单胞的有限元模型,并运用变密度方法和优化准则法结合求解微结构单胞的拓扑优化问题.优化模型是在相应的体积约束条件下以变形能为目标获得最大刚度的微结构单胞.利用优化准则设计方法的计算公式,改变单元的相对密度值,小于阀值的单元进入下步迭代,如此反复,实现拓扑优化.采用适当的惩罚因子和阀值对迭代进行控制,提高了收敛的速度和精度,优化结果表明,该方法可以获得优化的微结构单胞,得到相同体积下最刚的多孔材料,降低了结构的重量和成本.     

粗粒土标准击实试验方法的探讨

在宁夏地区的公路工程中,天然砂砾为优质路基填料,其粒径多为粗粒土,近年来在工程实践中,粗粒土填筑路基或结构层压实度超密现象较普遍.通过引用填充理论并结合实际工程中的试验数据进行分析对比,运用公路工程标准<公路土工试验规程>(JTG E40-2007)中击实试验方法进行最大干密度和最佳含水量的校正,并以>5mm粒径作为在击实试验中的超粒径界限,实践证明:该方法不仅解决了粗粒土填筑路基结构层压实度超密问题,而且可提高工作效率7倍.     

Fabrication and its characteristics of low-temperature polycrystalline silicon thin films

In order to reduce the cost of solar cells or flat-panel display, it is very important to synthesis poly-crystalline silicon films on low cost substrate such as glass at low temperature. In this work, electron cyclotron resonance (ECR) plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system was successfully applied to synthesize poly-Si thin-film on common glass substrate using H2 as the plasma source and SiH4 (Ar:SiH4=19:1) as the precursor gas at low temperature. Since the multicusp cav- ity-coupling ECR plasma source was adopted to provide active precursors, the growth temperature decreased to lower than 200℃. In the plasma, the electron temperatures kTe are ~2―3 eV and the ion temperatures kTi≤1 eV. This leads to non-remarkable ion impacts during the film deposition. The characteristic of poly-Si films was investigated. It was shown that the crystalline fraction Xc of the films can be up to 90% even deposit at room temperature, and the film was (220) preferably oriented. The growth behaviors of the film between the interface of glass and Si films were also discussed in detail.     

多晶体材料三维微结构有限元分析的后处理

用于多晶体材料微结构有限元分析的后处理软件FEPost-processing(三维版)的设计思想.该软件以Voronoi算法生成的数字材料为对象,以有限元分析软件ABAQUS为计算平台,对以节点为单元输出的数据库,运用了适当的算法过渡到以单元为基础的数据库形式,判断各个单元所归属的晶粒而后在晶粒内部对单元信息采用体积加权平均的处理方法,从而在细观尺度上完成了对加载后材料的内部场变量的定量分析,并实现了结果的可视化.     

三维各向异性功能梯度材料的有限体积法

为了研究三维各向异性功能梯度材料的线弹性问题,发展一种弹性结构的有限体积方法,该方法采用四面体网格,对不规则形状问题的适用性强．空间上采用交错非结构有限体积法进行离散,位移、速度、加速度定义在节点上,应力、材料属性定义在单元中心上且在单元内均匀分布,时间上采用欧拉格式进行离散．数值结果表明, 本方法计算结果与其他数值方法结果吻合良好,计算速度快且内存消耗少,可以有效模拟三维各向异性功能梯度材料的弹性问题．     

Heat radiative characteristics of ultra-attenuated materials

From the microstructure of heat radiation, the interaction between the incident heat radiative wave and the electromagnetism syntonic wave is analyzed to reveal the emission, absorption, transmission and reflection mechanisms of the incident heat radiative wave in materials. Based on Lorentz dispersion theory, the effect of optical parameters on heat radiative characteristics is also analyzed. The method of ultra-attenuation and nanocrystallization improving the heat radiative characteristics of the material and the emissivity dispersion of the ultra-attenuated materials are brought to light.     

无取向硅钢晶粒与晶界特征的EBSD分析

借助电子背散射衍射（EBSD）技术测量和计算了无取向硅钢再结晶退火后再结晶百分比、晶粒尺寸、取向差分布等参数,分析了再结晶退火温度对无取向硅钢晶粒大小、微观取向和耐蚀性的影响。结果表明,3个温度（810、840、880℃）下退火3 min后,再结晶均充分完成。随着退火温度的升高,再结晶晶粒尺寸长大。拥有{100}面织构的晶粒比其他取向晶粒具有更好的耐蚀性,侵蚀后晶粒凸出于试样表面。880℃退火后的小尺寸晶粒周围多为小角度晶界,不易迁移,不易被侵蚀。     

含不同缺陷的金属材料声发射特性

根据声发射测试原理,利用信号峰值电压与材料形变过程中释放能量的关系建立了裂纹开裂的声发射参数与应力关系的数学模型,提出了声发射总计数和声发射计数率的一般表达式,研制了声发射装置,并在拉伸试验条件下对具有不同缺陷的ZG25试件进行了声发射检测。实验结果表明:无缺陷的ZG25材料与有气孔、疏松、夹渣和微裂纹缺陷的该材料具有不同的声发射AE事件特征,这对金属材料声发射无损检测具有实际意义。     

Detonation Propagation Characteristics of Superposition Explosive Materials

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｔｒｉｐ ｓｈａｐｅｄｃｈａｒｇｅｓｍａｄｅｕｐｏｆａｄｅｔ ｏｎａｔｉｎｇｃｏｒｄａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｗｅｒｅｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄｉｎｓｍｏｏｔｈｂｌａｓｔｉｎｇ ,ｐｒｅ ｓｐｌｉｔｂｌａｓｔｉｎｇ ,ｄｅｅｐ ｈｏｌｅｂｌａｓｔｉｎｇ ,ｑｕａｒｒｙｉｎｇｂｌａｓｔｉｎｇ ,ｅｔｃ .Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｈａｒｇｅｐａｔｔｅｒｎ…     

Brazed joints of CBN grains and AISI 1045 steel with AgCuTi-TiC mixed powder as filler materials

The brazing process of cubic boron nitride (CBN) grains and AISI 1045 steel with AgCuTi-TiC mixed powder as a filler material was carried out.The joining strength and the interfacial microstructure were investigated.The experimental results indicate that the spreading of the molten filler material on AISI 1045 steel is decreased with the increase of TiC content.A good interface is formed between the TiC particulates and AgCuTi alloy through the wetting behavior.In the case of AgCuTi+16wt% TiC,the strength o...     

混凝土材料宏观结构形貌的分形解析

从分形集与分形空间的属性,分析了混凝土材料宏观结构形貌的分形特征,用改变粗视化度的测试方法,测试了石子最大粒径较小的泵送混凝土和粒径较大的干硬性混凝土断面集料边界的分形维数,用盒计数方法测试了两种混凝土的断面集料状态、碱集料反应裂纹以及公路桥梁冻害后的裂纹的分形维数.研究表明,石子最大粒径较小的泵送混凝土集料边界分形维数较高,达到1 9232,粒径较大的干硬性混凝土普通混凝土集料边界分形维数较低,仅为1 4549,但其集料的盒维数较高,达到1 9817.碱集料反应裂纹以及公路桥梁冻害后的裂纹均具有非常显著的分形特征,用分形解析描述混凝土这一宏观结构特征是十分有效的方法.     

金属纤维材料的吸声特性

本文用驻波管法测试了多种规格的碳钢、黄铜、铝纤维等吸声材料的垂直入射吸声系数,频率范围为100～4000Hz;分析讨论了材料的流阻率、厚度、容量、孔隙率、纤维直径及背后空气层对其吸声性能的影响;并对模压金属纤维材料的结构因子作了探讨。     

洋山海域三维潮流和余流特征的数值模拟

基于最新的水下地形数据和非结构网格,利用有限体积海洋模型（FVCOM）,建立洋山海域高分辨率水动力数值模型,研究该海域建港工程后潮流和余流的三维动力学特征. 结果表明,峡道西部涨潮流大于落潮流,东部相反. 南岛链以南海域流速均大于北岛链以北流速,峡道窄口处出现高流速区和环流现象,涨潮流表层最大流速可达2.88 m/s. 涨憩时刻,南岛链南岸和北岛链北岸都形成表层向北、底层向南的表-底层环流,落憩时刻相反. 落急时,深水航道处出现表层向南、底层向北的表-底层环流. 受围海造地工程后地形影响,峡道内M₂分潮潮流椭圆主轴均沿岸线方向. 与工程前相比,峡道效应增强. 洋山海域整体以海向余流占优,但峡道内形成陆向余流. 峡道窄口处存在余流分离现象,峡道西部余流滞流点东移.     

粗粒土在三向卸载时的强度特性试验研究

卸载是引起岩土材料破坏的常见工况,为了研究粗粒土在不同中主应力系数b情况下三向卸载时的强度特性,使用真三轴仪对粗粒土进行偏应力q保持300 kPa不变,球应力p不断减小的等q、等b三向等量卸载试验,分析三向卸载条件下粗粒土的强度特性,研究常用强度准则对卸载条件粗粒土的适用性。试验结果表明：在三向等量卸载条件下,粗粒土的强度参数与中主应力系数b有关;对于不同的b值,b=0时的内摩擦角φ_b最小,破坏应力比M_b最大;破坏应力比M_b随着b的增大而减小,且随着b的增大,减小的梯度在逐渐减小;内摩擦角φ_b在b值较小时随着b的增大而增大,在b值较大时随着b的增大而减小,3个方向剪切的共同影响可以解释这一变化规律;Matsuoka-Nakai强度准则、粗粒土应力不变量强度准则和Lade-Duncan强度准则这3个强度准则都能反映内摩擦角φ_b与b之间的这一规律,其中,Matsuoka-Nakai强度准则在b值较小时与试验结果较为接近,粗粒土应力不变量强度准则在b值较大时与试验结果较为接近;粗粒土角隅函数强度准则与等q、等b试验结果较为吻合。     

级配碎石混合料及其基层的抗剪性能

为了研究级配碎石基层在路面结构中能否发生剪切破坏,对级配碎石基层材料抗剪强度及在路面结构中的剪应力进行了对比研究;应用高精度静三轴仪对选定的级配碎石进行振动成型和击实成型的抗剪强度研究,揭示不同成型方法对抗剪强度的影响,采用有限元分析典型路面结构在标准荷载作用下剪应力的大小,明确级配碎石基层发生剪切破坏的可能性;三轴试验表明振动成型级配碎石过渡层的抗剪强度为0.17 MPa,击实成型的为0.14 MPa,振动成型试样比击实的抗剪强度提高20%;剪应力分析表明:水平荷载在级配碎石基层中产生的最大剪应力在0.04~0.05 MPa;级配碎石的抗剪强度是最大结构剪应力的3.5倍,级配碎石基层在高等级沥青路面结构中产生剪切破坏的可能性很小.     

金属材料干摩擦特性的实验与仿真研究

基于单自由度弹簧阻尼器模型和Mindlin理论模型,通过金属材料干摩擦动态特性实验,得到了干摩擦迟滞特性曲线以及等效刚度与等效阻尼变化规律.随着两接触面间相对位移幅值的增大,摩擦力等效刚度单调下降,并且趋于平缓,而摩擦力等效阻尼则随位移幅值的增大而单调上升,并且在无量纲相对位移幅值为2.0附近达到最大值后随位移幅值的增大而单调下降.通过比较分析实验数据和两种理论模型的计算结果发现,当无量纲相对位移幅值小于1.0时理论模型无法反映系统的刚度与阻尼特性.利用有限元分析软件MARC建立了与实验相一致的有限元预测模型.对比分析表明,有限元模拟结果与实验结果具有较好的吻合程度,有限元方法可以帮助分析工程实际中金属材料的干摩擦特性.     

明渠交汇口三维水力特性大涡模拟研究

为了解决明渠水流交汇口河道冲刷、泥沙沉淤、污染物滞留等问题,必须探明其水力特性的分布规律.采用气液两相流混合模型,对不同汇流比下90°明渠交汇口三维水力特性进行数值模拟研究.分别选取大涡模拟模型(LES)和RNGk-ε模型封闭两相流时均方程,速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用VOF(Volume of Fluid)法.将汇流比为0.25时两种模型计算的纵向截面水面线与实验结果相比较,得出大涡模型结合VOF法能更好地捕捉交汇口水面的波动情况;将大涡模型计算的不同垂直线上的速度分布与实验结果相比较,两者吻合良好.通过比较两种模型计算的特征横断面上的流线图,得出大涡模型能更好地捕获水流瞬时流动特性,动态再现二次流动结构,且大涡模型能够更好地模拟交汇口附近水力特性分布规律.     

Coupling dynamic equations of motor-driven elastic linkage mechanism with links fabricated from three-dimensional braided composite materials

A motor-driven linkage system with links fabricated from 3-dimensional braided composite materials was studied. A group of coupling dynamic equations of the system, including composite materials parameters, electromagnetism parameters of the motor and structural parameters of the link mechanism, were established by finite element method. Based on the air-gap field of non-uniform airspace of three-phase alternating current motor caused by the vibration eccentricity of rotor, the relation of electromechanical coupling at the actual running state was analyzed. And the motor element, which defines the transverse vibration and torsional vibration of the motor as its nodal displacement, was established. Then, based on the damping element model and the expression of energy dissipation of the 3-dimentional braided composite materials, the damping matrix of the system was established by calculating each order modal damping of the mechanism.     

拓扑优化在车架轻量化设计中的应用

利用OptiStruct软件,通过将刚度最大问题转化为柔度最小,选取车架作为研究目标,采用密度法对其进行拓扑优化,利用拓扑优化得到的密度云图作为轻量化设计的材料分布思路,完成新模型的构建,并验证优化方案的可行性,在满足其各种工况性能要求基础上,质量减轻3.11%。为进一步对整车及零部件应用拓扑优化提供参考。