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多材料点阵结构的热可编程力学行为
杨航, 马力
, doi: 10.21656/1000-0887.430104
摘要(34) HTML(24) PDF(7)
摘要:
传统的点阵结构一旦制备完成,其力学性能通常在使用寿命内保持不变。设计和制造具有环境适应特性的智能点阵结构,可编程地感知和响应外界变化(例如光强、压强、溶液、温度、电磁场、电化学激励),并在时间和空间上进行形状重构、模式转换和性能调控,仍然是人造材料研究领域重要的科学挑战。该文采用具有不同玻璃化转变温度和温度依赖性的多种聚合物材料,通过合理设计材料空间分布,提出了一类具有热可编程力学响应能力的多材料点阵结构。结合理论分析和有限元模拟,研究了组分材料相对刚度对多材料点阵结构的Poisson比、变形模式以及结构稳定性的影响。通过温度变化实现了对多材料点阵结构弹性常数、压溃响应和结构稳定性的调控,使多材料点阵结构表现出极大的热变形、超弹性和形状记忆效应。为设计和制造自适应保护装备、生物医学设备、航空航天领域的变形结构、柔性电子设备、自组装结构和可变形软体机器人等开辟了新途径。
泡沫覆盖层对水下爆炸气泡射流防护机理缩比试验研究
杜志鹏, 张磊, 谌勇, 华宏星
, doi: 10.21656/1000-0887.420367
摘要(13) HTML(8) PDF(2)
摘要:
水下爆炸会对水中结构物造成严重威胁。柔性覆盖层或夹层板能够降低水中结构物水下爆炸冲击响应,因此成为研究的热点。以往的研究多集中于覆盖层对冲击波的防护机理,适用于较远距离的水下爆炸情况。近距离水下爆炸除了冲击波外,爆炸气泡溃灭时产生的朝向结构物的高速水射流更为致命。该文针对这种情况,基于量纲原理,推导缩比相似关系,通过缩比模型水下爆炸试验发现了覆盖层表面空化微气泡群对爆炸气泡形成高速水射流过程产生干扰,提出了泡沫覆盖层钢板水下爆炸气泡射流防护机理。
含间隙非线性弹性超材料的低频宽带机理
林臻, 吴九汇
, doi: 10.21656/1000-0887.430103
摘要(23) HTML(15) PDF(3)
摘要:
揭示了基于非线性混沌理论含间隙的非线性局域共振结构的低频宽带形成机理,提出了一类含间隙非线性局域共振结构设计的新理念。在该间隙非线性局域共振系统中,产生了非线性混沌现象,且这种非线性运动可以成功地改变振动噪声中的频谱结构,当系统运动进入混沌状态时,线性谱能量大大削弱,变成了一个连续的宽频谱,进而有效隔离低频线谱。有限元计算结果表明,正是这个间隙引起的非线性混沌现象导致了低频宽带的产生,且理论分析和有限元分析结果高度一致。因此,这类含间隙非线性局域共振弹性超材料结构的设计新思想为局域共振弹性超材料的发展开辟了新天地,且基于非线性混沌理论的低频带隙的形成机理为减振降噪应用研究奠定了非常重要的理论基础。
一维六方准晶双材料中圆孔边共线界面裂纹的反平面问题
张炳彩, 丁生虎, 张来萍
, doi: 10.21656/1000-0887.420202
摘要(22) HTML(14) PDF(2)
摘要:
研究了一维六方准晶双材料中圆孔边不对称共线界面裂纹的反平面问题。利用Stroh公式和复变函数方法得到了声子场和相位子场耦合作用下的复势函数,给出了裂纹尖端应力强度因子和能量释放率的解析表达式。通过数值算例,讨论了圆孔半径和裂纹长度对应力强度因子的影响,以及耦合系数、声子场和相位子场应力对能量释放率的影响。结果表明:当圆孔半径不变时,应力强度因子随右裂纹长度的增大趋向稳定值。当相位子场应力取一定值时,能量释放率达到最小值,说明特定的相位子场应力可以抑制裂纹的扩展。
含湿相变粗糙多孔材质的热质耦合分形研究
高伟业, 张赛, 张杰, 胡世旺, 汪振毅
, doi: 10.21656/1000-0887.420328
摘要(90) HTML(39) PDF(15)
摘要:
多孔材质复杂的内部结构和含湿状态对传热和传质特性有着重要意义,其热质耦合传递过程广泛存在于能源开发和工程隔热等领域。不同于在多孔材质理想状态下对传热和传质特性的单方面分析,该文将孔道的分布参数、粗糙表面、含湿状态和相变等因素考虑进去,运用分形理论推导出了含湿相变粗糙表面多孔材质的渗流系数和耦合等效导热系数的表达式。结果表明,渗流系数与面积分形维数、含湿饱和度呈正相关,与相对粗糙度、迂曲分形维数呈负相关;耦合等效导热系数与渗流系数、相变量呈正相关,与相对粗糙度呈负相关。此外,结果还表明,相变量以及相变引起的气体膨胀压强差对热质耦合传递也有着重要影响。
气-液横向流动下悬臂柱体结构涡激振动机理研究
严浩, 代胡亮, 王琳, 倪樵
, doi: 10.21656/1000-0887.430065
摘要(51) HTML(33) PDF(9)
摘要:
针对潜艇侦查望远镜举升水面时产生的涡激振动现象,该文建立了悬臂柱体结构受气-液两种不同横向流作用下的涡激振动理论模型。研究了两种流体不同的分布比和密度比对柱体结构涡激振动行为的影响规律。基于Galerkin法和Runge-Kutta法,得到了柱体结构涡激振动响应的数值结果。研究表明,柱体结构的涡激振动锁频区随着流体分布比的增大而增大,自由端最大幅值随着流体分布比的增大先增大后减小。当分布比为0.5附近时,振幅出现极大值,该极大值随着流体密度比的减小呈现明显的增大趋势。此外,柱体的动力学行为随着流体分布比的变化呈现出周期和多周期等振动模式。该研究可为潜艇侦查望远镜结构的设计与分析提供理论指导意义。
Keller-Segel趋化模型解的全局存在性和爆破时间的下界估计
李远飞
, doi: 10.21656/1000-0887.420109
摘要(42) HTML(27) PDF(6)
摘要:
考虑了一个描述趋化细胞迁移的宏观非线性Keller-Segel模型, 其中该模型的存在区域$\varOmega\subset\mathbb{R}^N(N\geqslant2)$是有界的凸区域。利用能量估计的方法得到了$\varOmega\subset\mathbb{R}^3$上解的全局存在性。如果方程中的参数满足一定约束条件,证明了当$N=3$$N=2$时可能的爆破时间的下界。
基于白噪声的网络传染病模型动力学分析
曹晓春, 荆文君, 靳祯
, doi: 10.21656/1000-0887.430009
摘要(22) HTML(13) PDF(4)
摘要:
该文基于确定性网络传染病模型, 建立了白噪声影响下的随机网络传染病模型, 证明了模型全局解的存在唯一性, 利用随机微分方程理论得到了传染病随机灭绝和随机持久的充分条件。结果表明, 白噪声对网络传染病传播动力学有很大的影响, 白噪声能有效抑制传染病的传播, 大的白噪声甚至能让原本持久的传染病变得灭绝。最后, 通过数值模拟验证了理论结果。
考虑磁通流动效应的超导薄膜基底结构界面断裂行为研究
丁洁莹, 薛峰, 苟晓凡
, doi: 10.21656/1000-0887.420353
摘要(25) HTML(26) PDF(5)
摘要:
超导薄膜是一种采用化学涂层制备而成的多层薄膜结构,作为性能优越的导电功能结构材料,其载流能力与结构完整性直接相关。在超导薄膜制备过程中,超导层与金属基底之间的界面裂纹很难避免。因此,在载流运行过程中,由于外磁场的存在,这类界面裂纹的强度问题成为关键。为此,该文针对超导薄膜结构,以磁通量子穿透薄膜理论和线弹性断裂理论为基础,建立了研究超导层与基底界面裂纹强度问题的解析模型。深入分析了外加磁场作用下界面裂纹强度问题,得到了超导磁通流动对裂纹尖端应力场和能量释放率的影响。结果表明:磁通流动速度越大,界面裂纹尖端处应力越大且能量释放率越大,这将导致界面更容易发生裂纹破坏。该文所得结果有助于分析相关的界面裂纹问题。
不确定信息下分式半无限优化问题的近似最优性刻画
冯欣怡, 孙祥凯
, doi: 10.21656/1000-0887.420248
摘要(51) HTML(24) PDF(13)
摘要:
该文研究了一类带不确定参数的多目标分式半无限优化问题。首先借助鲁棒优化方法,引入该不确定多目标分式优化问题的鲁棒对应优化模型,并借助Dinkelbach方法,将该鲁棒对应优化模型转化为一般的多目标优化问题。随后借助一种标量化方法,建立了该优化问题的标量化问题,并刻画了它们的解之间的关系。最后借助一类鲁棒型次微分约束规格,建立了该不确定多目标分式优化问题拟近似有效解的鲁棒最优性条件。
基于黏聚区模型的ENF试件层间裂纹扩展分析
邓健, 肖鹏程, 王增贤, 邵光冉, 卢天健
, doi: 10.21656/1000-0887.430082
摘要(48) HTML(28) PDF(7)
摘要:
基于经典层合板理论及黏聚区模型,针对纯Ⅱ型断裂ENF试件的裂纹扩展,建立了含一般分层裂纹层合板的理论模型。相较于传统的梁理论,该文模型充分考虑了黏聚区的软化过程,引入了试件发生失效前的非线性行为,预测的失效载荷小于梁理论结果,与文献试验值更为接近。相比于梁理论(仅包含断裂韧性单一参数),该文模型可同时分析界面强度、断裂韧性及界面初始刚度对ENF试件载荷-位移曲线的影响。结果表明:界面强度主要影响试件失效前的力学行为,对裂纹扩展基本无影响,断裂韧性是影响裂纹扩展的主要参数,界面初始刚度仅影响线弹性加载段;黏聚区长度随断裂韧性增大而增大,随界面强度增大而减小;相较于断裂韧性,界面强度对黏聚区长度的影响更为明显;黏聚区尖端到达试件半长处时,黏聚区的长度呈现一定程度的减小。
多孔介质热弥散系数的分形模型
张杰, 张赛, 高伟业, 胡世旺, 汪振毅
, doi: 10.21656/1000-0887.420314
摘要(82) HTML(34) PDF(8)
摘要:
热弥散系数是与流体的物性和多孔介质结构有关的,表征多孔介质传热传质强弱的重要参数。该文建立了分形多孔介质的孔喉结构模型,研究了在孔喉结构处流体由湍流状态变为层流状态的局部水头损失和速度弥散效应,在考虑微观孔喉结构和速度弥散效应的影响下,推导了热弥散系数关系式。研究表明,热弥散系数与孔喉比、孔喉结构个数和迂曲分形维数成正比,与孔隙率和面积分形维数成反比。进一步研究发现,孔喉比在1~150范围内对速度弥散效应有显著影响,流体在孔喉结构处存在局部水头损失,导致速度弥散效应增强,热弥散系数增大。