土壤与非光滑表面减粘降阻界面动力学模型

根据土壤车辆系统力学的理论，对具有普通意义的波纹非光滑形态建立了波纹形仿生推土板切削粘性土壤时的切削阻力力学模型，并进行了实验验证，计算值与实测值吻合很好，同时进行了非光滑表面减粘降阻机理分析。     

蚯蚓体表与土壤接触界面动态行为仿真

应用离散元软件PFC2D建立了蚯蚓波纹体表与土壤界面动态行为仿真模型,对比分析了光滑和波纹试样的接触界面、接触力场和接触颗粒数以及滑动阻力,得出:当波纹表面的摩擦力与土壤颗粒对波纹凸起处的向后推力之和小于光滑表面的摩擦力时,波纹表面起到减阻作用;如果土壤颗粒对波纹表面凸起处的向后推力过大,波纹会起到增加阻力的作用。另外,试样运动时,波纹表面比光滑表面对土壤的扰动大。随着垂直载荷的增加,波纹表面和光滑表面的滑动阻力均增加,且波纹表面的降阻效果减弱;随着前进速度的增加,2种试样滑动阻力的增加,但波纹表面的滑动阻力的增长小于光滑表面,即速度高时波纹表面降阻明显。结果表明:蚯蚓非光滑表面的减阻能力与接触界面特性和外部条件有关。研究结果可为揭示非光滑表面的减阻机制提供研究方法和参考。     

鳞片形非光滑表面的仿生设计

对典型土壤动物鳞片形体表进行了研究,并建立了鳞片形非光滑表面的数学模型。根据此模型设计的仿生鳞片形非光滑推土板在进行土壤切削试验时不发生粘附,与光滑推土板相比,可平均降低推土阻力约１５％。     

仿生非光滑注射器针头注射过程接触有限元模拟

应用接触非线性有限元方法对普通针头及两种分别具有锯齿形和波纹形仿生非光滑表面针头的注射过程进行了数值模拟,求得了软组织在该过程中应力、速度、动能和内能的变化时间历程,直观描述了非光滑表面对针头在注射这一动态过程中的影响。通过三种针头的对比和分析表明,仿生非光滑针头具有减阻和减痛效果,并且具有波纹形非光滑表面的针头效果更加明显,与试验研究结果吻合。     

凸包型推土板减粘降阻的有限元分析

仿生几何非光滑表面的减粘降阻功效已被大量的试验研究所证实。由于几何非光滑结构单元的大小和分布对减粘降阻效果具有显著的影响，故对其与土壤相互作用的定量分析是必要的。本文对凸包型几何非光滑表面与土壤相互作用进行了三维有限元分析，并将其同光滑表面与土壤相互作用的有限元分析结果进行了比较，分析了减粘降阻的原因。     

凸包型推土板减粘降阻的有限元分析

仿生几何非光滑表面的减粘降阻功效已被大量的试验研究所证实。由于几何非光滑结构单元的大小和分布对减粘降阻效果具有显著的影响，故对其与土壤相互作用的定量分析是必要的。本文对凸包型几何非光滑表面与土壤相互作用进行了三维有限元分析，并将其同光滑表面与土壤相互作用的有限元分析结果进行了比较，分析了减粘降阻的原因。     

部件复杂表面影响土壤扰动行为的离散元宏细观分析

通过分析毛管水形成液桥对土壤微观力学结构的影响,引入并行约束来表征土壤颗粒间液桥的黏性作用,建立了土壤颗粒接触非线性力学模型,并对波纹形复杂表面推土板前端土壤的动态扰动行为进行了离散元宏细观模拟。结果表明,离散元模拟不仅准确再现了实验分析中复杂表面结构对土壤动态扰动行为影响的研究结果,而且从土壤颗粒运动以及土块破碎等细观角度准确分析了触土部件复杂表面对土壤动态扰动行为的影响因素和机理。     

鳞片形非光滑表面的仿生设计

对黄型土壤动物鳞片形体表进了研究，并建立了鳞片形非光滑表面的数学模型。     

凹坑形貌对线接触摩擦副耐磨性的影响

在线接触摩擦副中,非光滑结构单元的凹坑、凸包、波纹、鳞片形态等表面凹坑形貌对其耐磨性有一定的影响,其中凹坑的直径、深度对耐磨性的影响十分显著。以圆形凹坑非光滑形貌为例,采用有限元仿真分析的方法,对非光滑表面凹坑不同直径和深度的磨损过程进行了分析,研究了仿生非光滑表面对摩擦副耐磨性影响的程度。研究结果表明:线性摩擦副工作过程中,凹坑间距为1 000 m的条件下,摩擦副表面的等效应力和摩擦力随着圆形凹坑直径的增大而增大,随其深度的增大而呈抛物线增长;且在凹坑直径为100 m、深度为300 m时,矩形块的耐磨性最优。     

弯曲圆波导中模式耦合的研究

讨论了波纹圆波导中的模式与光滑圆波导中模式之间的关系,从波纹弯曲圆波导中模式间耦合系数的表达式,导出了光滑弯曲圆波导中所有可能产生耦合的同向与反向传播模式间耦合系数的显式。     

圆管形波纹钢结构涵洞变形指标分析

鉴于波纹钢的柔性特点,该结构涵洞实施中应实时检测调整波纹结构断面变形,然而国内外各标准规范对波纹钢结构断面变形指标的技术要求不尽相同。为获取波纹钢变形控制研究方法、合理给定指标,采用ABAQUS有限元软件,通过控制波形与管径、覆土厚度等变量进行受力变形数值仿真分析。得出结论如下：相同波形相同孔径,壁厚增加,抗变形能力增强;相同波形相同壁厚,管径增大,抗变形能力减弱;区别于现有的模拟数据趋势,当水平变形和竖向变形与椭圆度的单调线性趋势改变时,呈现椭圆度增大、竖向椭圆态增加、最大等效应力不减反增的规律,同时,相当安全系数的范围缩小;当安装误差控制在（±1%D）以内,在荷载作用下,回填后波纹钢管体更趋近圆形,有利于荷载均布,形成土拱效应。     

钢波纹管涵洞力学性能的有限元分析

金属波纹管涵具有施工工期短、造价低、对地基扰动小、对基础要求低、适应变形性能好等优点,特别适用于边远地区和多年冻土、软土等特殊地基区域的道路涵洞工程.目前,作为一种新型的道路涵洞形式.对钢波纹管涵洞进行野外现场力学性能测试存在许多局限性,为了克服其局限性,本文在钢波纹管涵洞野外现场力学性能测试的基础上,利用有限元力学分析程序对钢波纹管涵洞的受力变形作计算分析,将计算结果和野外现场实测值进行比较分析,建立合理的有限元力学模型,运用有限元法系统地分析钢波纹管涵洞的力学性能成为可行.     

空气在不同高度波纹流道内的流阻与传热的数值分析

空气-水波纹板式加热器采用不同于传统的肋片管式加热器的设计方法,传热面为一次表面,与传热介质接触的表面直接参与传热过程,具有结构紧凑、高效的特点,可将其用于空调机组加热器、热风幕等场合.利用流体力学软件FLUENT对空气侧的不同高度波纹流道内的流阻与传热过程进行模拟计算,通过比较表面摩擦系数f与传热因子j,表明波纹高度是影响空气在波纹流道内的流阻与传热过程的重要因素,结果可为进一步优化设计空气-水波纹板式加热器提供重要参考.     

波纹膜片受力分析与计算

波纹管密封是一种常用的机械密封形式,由薄型波纹膜片通过焊接而成,工作中其变形量会随着膜片的结构形式、压力大小及施加方式改变而改变,因此,研究密封膜片的变形值随着外力变化的变化情况对防治其泄露有重要的意义.文中对三角形波纹膜片微段建模,推导表面张力计算求解公式,求出变形后膜片的实际载荷系数、弹性比压及刚度系数,可用于膜片的设计及校核,从而保证密封的可靠性.     

含不凝气蒸汽在锯齿形表面的凝结传热特性

为了在含不凝气蒸汽凝结过程中获得更高的热效率,提出新型锯齿形强化板并建立其二维模型,使用Fluent软件对锯齿形强化板和相同规格波纹板的凝结传热特性进行对比研究。建立可同时计算不凝气层及液膜层的凝结传热模型并在数值模拟中通过用户自定义函数进行编译,模型的可靠性通过和相同工况下的试验进行对比得到验证。数值模拟得到两种板型表面的两相流动及热质交换特征,发现相比于波纹板,锯齿形板能够显著提高不凝气层的紊流度,利于相界面处传热传质过程的进行;锯齿形板的液膜会在波节的齿峰处产生周期性的断裂后在下游壁面上重新形成并在波谷处达到最大厚度;相比于波纹板,在所研究工况内锯齿形板的换热能力总体提高60%以上。     

含不凝气蒸汽在锯齿形表面的凝结传热特性

为了在含不凝气蒸汽凝结过程中获得更高的热效率,提出新型锯齿形强化板并建立其二维模型,使用Fluent软件对锯齿形强化板和相同规格波纹板的凝结传热特性进行对比研究。建立可同时计算不凝气层及液膜层的凝结传热模型并在数值模拟中通过用户自定义函数进行编译,模型的可靠性通过和相同工况下的试验进行对比得到验证。数值模拟得到两种板型表面的两相流动及热质交换特征,发现相比于波纹板,锯齿形板能够显著提高不凝气层的紊流度,利于相界面处传热传质过程的进行;锯齿形板的液膜会在波节的齿峰处产生周期性的断裂后在下游壁面上重新形成并在波谷处达到最大厚度;相比于波纹板,在所研究工况内锯齿形板的换热能力总体提高60%以上。     

针头表面改性及穿刺阻力实验

基于非光滑表面减阻理论,采用化学刻蚀的方法在不锈钢针头上构建微观结构。利用光学视频测试仪和超景深三维扫描系统分别对试样表面的润湿性和微观结构进行了检测与表征。通过测量接触角和穿刺阻力试验研究其疏水性和减阻特性关系,并对其穿刺减阻机理进行了分析。试验结果表明：试样接触角越大,减阻效果越明显。研究其机理发现,化学刻蚀形成的微观结构增加了针头表面的疏水性能,降低了针头表面的摩擦系数,从而达到了减阻效果。因此,经化学刻蚀方法可以在一定程度上调控不锈钢针头表面的疏水性进而控制其减阻特性。     

非光滑非凸多目标规划的mond—weir型对偶性

本文利用作者对非光滑函数给出的一些非凸条件,建立了一类非光滑非凸多目标规划的 Mond-Weir 型对偶理论。