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。     

粘弹阻尼结构动态性能的有限元分析

考虑到阻尼材料的频率依赖性,提出了一种研究粘弹阻尼结构动态力学性能的迭代有限元模拟分析方法。用这种迭代算法计算了几种典型阻尼结构 悬臂梁和压筋板的模态参数,计算结果与试验模态分析结果或理论解析计算的结果基本一致。此外,还探讨了有限元模拟单元的类型对计算结果的影响。     

含周期性索-杆胞元的二维网格结构拟膜分析

利用拟膜法分析含周期性索-杆胞元的二维网格结构的面内有效弹性性能。拟膜法是将具有周期性微结构的平面网格结构在力学性能上比拟成均匀的连续体。根据两者在面内力学行为上的等效性,网格结构的拟膜的弹性本构参数可由网格结构中单胞的材料和几何参数解析表示。分析表明索-杆胞元存在拉压性能差异现象。这导致拟膜表现出双模量特点,即材料沿某一方向的拉伸弹性模量与压缩模量不同。采用悬臂梁算例考察这些参数的正确性:利用网格结构和其拟膜分别构造同尺寸和工况的两个悬臂梁;利用有限元方法分析两个梁;比较得出两个梁的中性层位置与解析解均吻合,且两个梁中性层挠度之间的相对误差极小。     

复合材料层合板机械连接处失效过程的数值模拟

考虑了损伤累积、刚度退化和破坏准则,研究了带孔洞复合材料层合板受面内载荷作用的失效过程.应力分析建立在三维有限元模型基础上,借助有限元商业软件ANSYS中的参数化设计语言APDL,考虑材料损伤累积和刚度退化,采用迭代算法,实现了层合板机械连接处的破坏过程模拟.为验证三维有限元模型的有效性,将模拟计算得到的孔边应力分布与文献中的结果进行了比较,两者十分吻合.进一步计算了层合板的位移一挠度曲线,并与实验结果进行了比较,验证了数值模拟的正确性.     

渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟

该文基于热传学基本原理和热弹塑性理论,采用有限元方法,利用20CrMnTi钢的圆棒实验数据对渗碳齿轮的淬火冷却过程进行了数值模拟。为了模拟不同渗碳层厚度对残余应力的形成和分布的影响,编制了圆柱直齿轮模型以及渗碳层模型的创建,各种材料参数的输入,模型网格的划分,以及温度场和应力场求解整个过程的应用程序。通过调节参数,可以修改齿轮几何尺寸、渗碳层厚度等,可实现模拟渗碳齿轮淬火过程的参数化分析。根据数值分析结果,讨论了残余应力场对齿轮疲劳破坏的影响。     

服役条件下方钴矿基热电元件的界面应力分析（英文）

热电器件中,界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素。对于方钴矿(SKD)器件,热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接。在高温下,DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构,导致界面附近的热、电、力学性能发生变化。本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型,并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态。采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选,发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响。采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布,结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中,CoSb_2反应层最为薄弱,随着老化时间的延长,反应层的厚度增加,界面应力变大。同时,元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好,验证了模型的准确性与可行性。本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导,同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路。     

热机械光读出非制冷红外成像系统建模分析

针对热机械光读出非制冷红外成像系统缺乏系统级噪声模型的问题,本文提出了一种光电耦合模型.此模型以光电耦合器件的模式体现了光读出非制冷红外系统的噪声隔离特性.基于此模型,文中将系统噪声划分为由焦平面阵列(FPA)引入的内部噪声和由于光读出系统引入的外部噪声.理论计算显示,系统的内部噪声对应的噪声等效温差(NETD)为5.94 mK .实验结果显示,系统的外部噪声对应的NETD 与系统的总噪声对应的NETD 相当,为98 mK .此结果说明,理论模型中对内部噪声影响的推断是合理的,且光读出成像系统的噪声主要源自外部噪声.     

聚酰亚胺微悬臂梁理论及实验

设计制作了一种电磁驱动式悬臂梁．为降低驱动电流，选择柔韧性较好的聚酰亚胺（PI）作为梁结构材料，其优良的绝缘性和耐热性保证了驱动线圈的功能实现．通过理论计算及有限元模拟仿真对悬臂梁动力响应及结构模态做了系统分析；根据分析结果，优化得到悬臂梁的结构参数．介绍了悬臂梁的制作工艺及流程，通过PI刻蚀、A7A903光刻胶光刻、电铸等工艺过程，制作出PI悬臂梁及其末端驱动线圈．     

压电复合梁热机电耦合有限元模型

压电材料应用于航天结构形状或振动控制时,可能会受到热场、力场和电场的共同作用。为分析处于热场、力场和电场共同作用下的压电复合结构,文中基于高阶剪切变形理论、高阶电势模型和线性温度分布假设,利用虚功原理建立了压电复合梁结构的热-机-电耦合有限元模型。该模型可应用于热机电耦合压电复合结构的形状与振动控制研究。利用本文模型对压电双晶片梁、压电复合悬臂梁进行了数值仿真,仿真结果与文献给出的理论结果和实验值吻合良好,表明本文模型是正确有效的。     

陶瓷基复合材料多层界面相应力传递的有限元模拟

针对陶瓷基复合材料（CMCs）多层界面相的应力传递进行了有限元模拟。采用圆柱单胞模型描述CMCs的细观结构,按相应界面相亚层的实际厚度建立明确的界面相,并假设界面相亚层之间及界面相与纤维、基体之间初始完好结合,然后赋予各界面相亚层不同的材料参数,并采用轴对称有限元法进行求解,最终建立了多层界面应力传递的模拟方法。分别对比了不同厚度热解碳（PyC）界面相、PyC和SiC两种不同成分界面相及（PyC/SiC）和（SiC/PyC）两种结构界面相的应力传递模拟结果。从剪应力沿纤维方向分布及径向分布特点可以看出,通过合理配置CMCs内部多层界面相的结构、成分和厚度,可以实现界面相应力传递及失效模式的控制和优化。