结晶聚合物基纳米复合材料多层次结构及有效性能预测

根据结晶聚合物基纳米复合材料实验分析．将结晶聚合物基纳米复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述。利用数学上的渐近均匀化理论,结合有限元方法,经二次纳观层次的均匀化和一次细观层次的均匀化,预测了聚合物基纳米复合材料的有效性能。并用FORTRAN语言编写了计算程序。具体分析了聚合物的结晶度、聚合物结晶相的弹性模量、纳米颗粒的弹性模量和纳米颗粒的体积分数等参数对结晶聚合物基纳米复合材料有效性能的影响,得到了一些有意义的结论,对指导结晶聚合物基纳米复合材料的制备有一定的指导作用。     

基于多层次结构的结晶聚合物纳米复合材料有效性能--体积分数和等效模量的关系研究

原位聚合法制备的尼龙6/纳米S iO2复合材料具有很好的综合力学性能。加入相当低的纳米颗粒体积分数,可使纳米复合材料性能明显提高,但在其体积分数超过某一较小的临界值后,继续增加纳米颗粒体积分数,不再有增强效果。这一实验发现与以往的细观力学预测不一致,一直没有合理的解释。本文从材料的微观结构特点出发,揭示了上述现象的微观物理机制,将结晶聚合物纳米复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述。利用数学上的渐近均匀化理论,结合有限元方法,经四次纳观层次的均匀化和一次细观层次的均匀化,预测了聚合物纳米复合材料的有效性能,揭示了聚合物纳米复合材料有效模量随纳米颗粒体积分数增加出现先增大后减小的变化规律。     

多载荷工况下无网格Galerkin法的拓扑优化

连续体结构拓扑优化位于产品的概念设计阶段,能够为产品结构的创新提供可能。基于此,提出以节点相对密度作为设计变量,以多载荷工况下结构柔度的加权平均值为目标函数,建立多载荷工况下基于无网格迦辽金法的连续体结构拓扑优化模型,利用Lagrange乘子法来施加本质边界条件,推导出相应的灵敏度计算公式。结合固体各向同性惩罚插值模型编写程序完成两个多工况的拓扑优化算例,并对单、多工况的优化结果进行了比较。所得结果表明,多工况的优化结果并不是单工况结果的简单迭加。同时利用节点密度的最大优势是影响域中的密度与位移具有相同的逼近策略,从而使所建立的模型能有效地提高密度场的连续性,并从模型上抑制了棋盘格现象,该方法的可行性得到验证。     

基于无网格Galerkin法的灵敏度分析与形状优化

结构形状优化已经在工程应用中得到重视,将无网格法与形状优化相结合能够从根本上解决优化过程中出现的有限单元扭曲或畸变问题。为此在无网格Galerkin法的基础上,利用离散导数法,提出一种基于离散型的节点位移灵敏度分析方法,其中采用了拉格朗日乘子法来施加本质边界条件。该方法的最大优势是求解过程与无网格Galerkin法的求解过程相似,容易实现。另外对形状优化的数学模型和节点位移的设计速度域进行了讨论。采用具有解析解的实例,对所提出的灵敏度分析方法进行了验证,所得结果显示两者非常吻合。利用上述所建立的形状优化算法,完成了两个工程实例的形状优化设计。     

基于缩杆邻接矩阵的平面运动链同构识别

在研究了平面机构运动链结构不变量的基础上,基于缩杆邻接矩阵提出了3个新的运动链结构恒量序列,这些恒量序列将杆的级别、运动副数目以及各杆的连接关系考虑在内。并进一步提出了以它们对运动链进行同构识别的缩杆邻接矩阵法,该方法具有操作简单、可靠性好、识别效率高等特点。     

求解约束优化问题的一种新型直接算法

与其它直接处理法相比 ,约束随机搜索方向法和变量轮换法的算法具有简单明了、编程简单、容易实现等特点 ,特别适用于目标函数的梯度计算复杂或不能计算的场合。本文综合这两种方法的优点 ,提出了一种新型算法 ,其搜索方向在设计空间完全均布 ,最大搜索方向数与设计变量空间的维数成幂函数关系 ,并介绍了这种新型算法的迭代步骤。通过实例分析 ,它具有更高的计算精度和稳定性     

EFG法在线弹性结构形状优化中的应用研究

出现在基于有限元形状优化过程中的网格畸变与扭曲问题,可通过引入无网格方法得到解决。本文首先建立了结构形状优化的数学模型,利用无网格Galerkin(EFG)法对形状优化的设计域进行了离散,采用罚函数法来施加边界条件,借助于直接微分法建立了一种离散型基于无网格Galerkin法的设计灵敏度分析算法,然后用1个具有解析解的实例对其进行了验证,所得结果显示两者是一致的。最后利用对所建立的算法完成了1个工程实例的形状优化设计,并对所得到的优化结果结合工程应用进行了讨论。     

基于交叉节点对无网格Galerkin法的改进算法研究

针对无网格Galerkin法刚度矩阵的稀疏存储实现难、节点与积分点的全局搜索效率低等问题,该文基于交叉节点对及其循环组装整体刚度矩阵的思想,利用CSR格式存储刚度矩阵,通过局部搜索方法来搜寻节点与积分点,提出了一种采用三角形网格进行积分计算的无网格Galerkin法。通过数值算例对比了不同节点规模的刚度矩阵存储消耗,以及节点与积分点的搜索效率。结果表明所提出算法在满足计算精度的前提下,能有效地节省存储空间和提高节点与积分点的搜索效率,并对复杂形状的几何模型具有良好的适应性。     

基于有限元分析的管板结构优化设计

在有限元分析技术的基础上,结合优化设计技术,利用有限元分析软件完成了超规范管板系统的结构优化设计,并阐述了管板优化模型的建立,整个管板系统在优化后的重量与采用手工计算相比减少了27 64%,将该优化结果应用于实践,给企业带来的效益是显著的。     

增强增韧聚合物基复合材料宏细观应力集中的分析与研究

利用均匀化方法与有限元法相结合,对增强增韧聚合物基复合材料宏观应力集中位置的细观应力集中进行了数值分析与模拟,得到了改性体的材料性能从柔性到刚性、且具有不同体积组份时复合材料的细观应力场,并显示了沿改性体圆弧界面的法向应力、环向应力、剪切应力和Mises应力集中系数的分布规律,定性分析了增强增韧聚合物基复合材料的破坏形式.