层状磁电弹半柱中同轴界面上的裂纹相互作用规律

针对“磁电弹-正交基体-磁电弹”3层半柱结构中2个同轴界面同时开裂的问题,建立了其断裂力学理论模型.运用位错模拟法和Green函数法,推导了裂纹问题的奇异积分方程组,并得到了应力强度因子的数值解.基于参数分析,讨论了层厚和裂纹的环向相对位置对应力强度因子的影响规律,阐明了其中的刚性边界效应、自由边界效应、屏蔽效应和干涉效应,揭示了屏蔽与干涉相互竞争所引起的局部区域内应力强度因子的特殊振荡现象.相关结论可为层状磁电弹智能器件的防断裂优化设计提供理论参考.     

分布载荷作用下多铁性圆柱复合材料的断裂分析

针对多铁性圆柱复合材料因其外表面上存在不同类型的轴向分布载荷而出现的界面裂纹问题,建立了断裂力学分析模型。首先利用分离变量法和无穷级数法推导出该模型的Cauchy奇异积分方程组,然后利用Lobatto-Chebyshev配点法离散该方程组为代数方程组,进而得到裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)的数值解。通过对数值结果的分析得到:在不同类型的分布载荷作用下,压电层厚度以及分布载荷大小是影响裂纹尖端SIF的主要因素。该研究结果可为此类复合材料在实际工程应用中的防断裂优化设计提供理论参考。     

轴向剪切条件下功能梯度圆柱形复合材料的界面开裂问题研究

针对外覆功能梯度涂层的圆柱形复合材料在轴向剪切作用下的界面开裂问题,建立了断裂力学分析的理论模型。运用分离变量和无穷级数法,推导了奇异积分方程;利用Lobatto-Chebyshev配点法将其离散为代数方程组,最后得到了应力强度因子的数值解。对数值结果的讨论表明:在涂层外表面固定的条件下,可以通过降低涂层厚度和设计内侧软而外侧硬的涂层2种途径来有效地减小界面的断裂驱动力。研究结果可为工程中该类复合材料的防断裂优化设计提供理论参考。     

多铁性层合材料中的界面滑动——层内开裂的局部阻滑/促滑机制

基于多铁性层合材料界面的传统剪切线弹簧模型和库仑摩擦定律,考虑界面法向应力对界面滑动的影响,提出了一种界面阻滑/促滑模型,运用Green函数法推导了多铁性层合材料层内开裂问题的Cauchy奇异积分方程,获得了界面法向应力和裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)的数值解。结果表明:在纯剪切加载的情况下,界面上靠近裂纹的局部区域仍可能出现非零的法向应力,且正、负局部法向应力将分别导致局部促滑、阻滑效应。通过研究界面剪切损伤系数以及摩擦因数对SIF的影响,揭示了多铁性层合材料层内开裂的局部阻滑/促滑机制,为层状多铁性智能器件的防断裂优化设计提供理论参考。     

压电界面电极的应力强度因子

建立了压电界面电极的力学模型，利用有限傅里叶变换方法将相应的力电耦合问题描述为奇异积分方程，并得到了界面应力及其强度因子的解析解。讨论了结构几何参数对应力强度因子的影响。基于强度设计的观点得到两方面的结论：一是界面中心电极优于偏置电极；二是界面长度的最优值为中心电极长度的2倍。     

一种定征层状平面结构界面粘接强度的兰姆波方法

置于层状平面结构表面的斜劈超声换能器被用于激发和接收多模兰姆波。文章首先分析了采用多模兰姆波的幅频特性定征界面粘接强度的可行性。基于Ritec-SNAP 超声测量系统,建立了采用兰姆波方法定征层状结构界面粘接强度的实验系统。对于给定的层状平面结构,将粘接层的固化过程用于模拟粘接层界面强度的变化过程。对于不同的粘接层固化时间,实验测得的多模兰姆波幅频曲线明显不同。借助于声——超声技术中的应力波因子,给出了兰姆波应力波因子的定义。实验结果显示,兰姆波应力波因子与间接表示界面粘接强度的固化时间之间存在确定的单调对应关系,表明将多模兰姆波的应力波因子用于定征层状平面结构的界面粘接强度是可行的。     

夹芯复合材料T型接头侧弯损伤机理及强度特性分析

针对复合材料夹芯板材构件的侧弯承载和坚固连接要求,设计了弧形过渡区增强型T型胶接接头。建立了夹芯复合材料T型接头数值模型,模拟了其在侧弯载荷作用下的损伤产生、扩展及失效过程,并对夹芯复合材料T型接头试件进行了静态侧弯试验。结果表明:接头发生初始损伤的线载荷强度为44~47N/mm,损伤发生后接头的刚度值发生折减(降低约28%~32%),此时接头的承载能力仍在上升;试件界面完全剥离载荷强度较初始损伤线载荷强度略有增加(线载荷强度范围为54~62N/mm)。数值计算与试验结果吻合,表明弧形过渡区是夹芯复合材料T型接头最薄弱的部位,易发生破坏;初始损伤将首先出现在弧形过渡区复合材料表层,随着层间裂纹的扩展,过渡区复合材料与芯材的复合界面处出现剥离破坏并向自由端端部界面扩展,这是导致夹芯复合材料T型胶接接头失效的最主要原因。     

烧结温度对 Cf/SiC 复合材料界面的影响

系统地研究了烧结温度对Cf/SiC复合材料界面和力学性能的影响.结果表明,烧结温度较低(1700℃)时,由于复合材料的烧结性差,纤维与基体间仅仅为一种机械结合,因此纤维与基体间结合很弱,从而导致复合材料力学性能低.烧结温度提高至1800℃后,由于适量的富碳界面相不仅可避免纤维与基体间的直接结合,而且使纤维与基体间的结合强度适中,因而复合材料具有很好的力学性能.进一步提高烧结温度至1850℃或更高温度时,由于界面相与纤维间的反应加重,纤维本身性能大大降低.同时,纤维与基体间结合强度提高,因此复合材料的力学性能大大降低.     

夹芯复合材料基座结构设计与强度分析

提出了两型夹芯复合材料基座结构的设计方案,建立了夹芯复合材料基座数值分析模型,通过理论分析确定了影响基座结构刚度和强度性能的主要参数;应用有限元法,分析了铺层方式、支撑厚度和骨架形式等对直支撑基座结构刚度和强度性能的影响规律,计算并讨论了曲率半径对弧形支撑式基座刚度和强度性能的影响;比较了5种夹芯材料基座的结构力学性能,并通过优化设计,确定了夹芯复合材料基座结构形式。     

开孔复合材料层合板的拉伸强度和失效模式分析

为研究纤维编织工艺、铺层角度和孔径大小对开孔复合材料层合板拉伸强度和失效模式的影响规律,选用正交平纹玻纤层合板（WFL）和单向玻纤层合板（UFL）制作0°和45°铺层开孔拉伸试件,随后进行了试验研究;采用 Abaqus 建立基于二维 Hashion 失效准则的渐进损伤仿真模型,并对试验结果进行了对比,分析了试件的损伤机理。研究结果表明：层合板强度随开孔增大而减小,并且这种变化率随孔径增大而增大,45°铺层的层合板的变化率小于0°铺层,WFL 小于 UFL;WFL 的破坏以纤维断裂为主,裂纹垂直于纤维方向,UFL 以基体开裂为主,裂纹沿纤维方向,孔径则对破坏模式无明显影响;0°铺层 WFL 的破坏是由纤维拉伸失效导致,45°的则由纤维拉伸失效和基体拉伸剪切失效共同导致,0°铺层 UFL 由基体压缩失效导致,45°的则由基体拉伸剪切失效导致;拉伸强度的仿真与试验结果最大误差为14．1％,由此验证了仿真计算方法的有效性。     

基于机械故障诊断的算法及小波基选择研究

针对小波分析在机械故障诊断应用中的快速算法和小波基选择存在的问题,对常用的正交、半正交、双正交小波提取信号特征的能力进行了分析比较,研究表明半正交B样条小波因具有线性相位和采用较长的分解序列而具有较好的频率局部化特性和较小的变换误差,具有比较好的综合性能。推导了正交小波包的图形显示算法,利用该算法解决了小波变换快速算法中存在的数据长度随分解层数成倍减小的问题。研究结果为机械故障诊断中选择小波基进行信号处理提供了依据和途径。     

激光制备多层结构的软质基底耐磨类金刚石膜

为提高金属铜软基底的耐磨、抗蚀能力，采用脉冲激光沉积技术制备了金属铜基底上的多层结构类金刚石保护膜；其中的碳化硅-类金刚石循环层避免了类金刚石膜层中内应力的累积，降低了功能类金刚石层破裂的风险，碳化硅持力层降低了软质铜基底与高硬度类金刚石层的硬度差，金属钛层则使得铜基底与上层碳化硅层牢固结合。实验测试表明，多层结构类金刚石保护膜在铜基底上附着牢固，可通过美军标MIL-48497A规定的重摩擦和国军标GJB150.5A-2009规定的高低温冲击试验，同时能够承受弱碱溶液的腐蚀；摩擦系数低、处于0.093以下，耐磨性能好、2 h摩擦未见磨痕。针对不同金属基底特性改进工艺，该技术可应用于存在腐蚀性环境中机械工具的抗磨保护膜。     

复合材料层合圆柱壳的动力响应与层间应力

采用分层壳理论和厚度方向的二次插值函数推导出正交铺设层合圆柱壳的动力响应方程,并得出简支层合圆柱壳自由振动问题的解.对于给定算例,计算出的自振频率与三维分析的结果吻合良好,说明所推导的二维解具有足够精度.计算了前四阶模态对应的壳中应力.计算结果说明,对于高阶模态,层间应力相对于面内应力的比值远高于低阶模态的对应比值,高的层间正应力是高阶模态导致脱层破坏的主要原因.     

双向受载裂纹板的碳纤维复合材料补片的胶接修补分析

建立了碳纤维复合材料补片胶接修补双向受载裂纹板的3D有限元模型,分析了补片的单面胶接修补效果,探讨了补片材料、铺层顺序、补片长度及载荷比等对裂纹应力强度因子的影响规律。结果表明:复合材料补片的存在使裂纹板垂直裂纹方向载荷和平行裂纹板方向载荷发生耦合作用,从而影响补片修补效果。平行裂纹方向的压应力可降低裂纹尖端的应力集中因子,而拉应力可提高裂纹尖端的应力集中因子。     

正交异性矩形板结构弯曲问题的解析解法

板结构为由若干板组成的结构。用解析法求解正交异性板结构的弯曲问题,必须建立一个正交异性矩形板弯曲的横向位移函数为变量的偏微分方程的一般解。这种解能求解任意边界和任意载荷的弯曲问题。对于结构中的每块板,有些边为单独的,可由边界条件来计算,而有些边与其它板边相连接,由连续性条件来计算。由这些条件组成的方程式可以求解一般解中的全部积分常数。以顶边简支底边固定承受静水压力的板结构水池为例,进行了分析计算。     

节点非独立失效下的局域网可靠性建模与分析

以具有层次结构的局域网作为拓扑模型,考虑共因失效和关联失效这2类节点非独立失效事件发生的情况,建立了交换机节点失效模型来模拟交换机失效,利用Monte-Carlo仿真算法近似计算出网络的两端可靠性,研究2种共因失效事件和3种关联失效事件对网络端端可靠性的影响。结果表明:因资源节点出现故障和协议层出现错误而导致交换机失效的共因失效事件均会降低网络可靠性,且资源节点失效概率或协议层失效概率越大,网络可靠性越低;而由于使用了热备份技术、堆叠技术以及发生广播风暴导致的关联失效事件,即使节点独立失效概率很小,只要相关因数足够大,故障都会快速传播,导致网络可靠性迅速下降。     

Influence of active constrained layer damping on the coupled vibration response of functionally graded magneto-electro-elastic plates with skewed edges

This article makes the first attempt in assessing the influence of active constrained layer damping (ACLD) treatment towards precise control of frequency responses of functionally graded skew-magneto-electro-elastic (FGSMEE) plates by employing finite element methods. The materials are functionally graded across the thickness of the plate in terms of modest power-law distributions. The principal equations of motion of FGSMEE are derived via Hamilton’s principle and solved using condensation technique. The effect of ACLD patches are modelled by following the complex modulus approach (CMA). Additionally, distinctive emphasis is laid to evaluate the influence of geometrical skewness on the attenuation capabilities of the plate. The accuracy of the current analysis is corroborated with comparison of previous researches of similar kind. Additionally, a complete parametric study is directed to understand the combined impacts of various factors like coupling fields, patch location, fiber orientation of piezoelectric patch in association with skew angle and power-law index.     

Adaptive phasefield modelling of crack propagation in orthotropic functionally graded materials

In this work, we extend the recently proposed adaptive phase field method to model fracture in orthotropic functionally graded materials (FGMs). A recovery type error indicator combined with quadtree decomposition is employed for adaptive mesh refinement. The proposed approach is capable of capturing the fracture process with a localized mesh refinement that provides notable gains in computational efficiency. The implementation is validated against experimental data and other nu-merical experiments on orthotropic materials with different material orientations. The results reveal an increase in the stiffness and the maximum force with increasing material orientation angle. The study is then extended to the analysis of orthotropic FGMs. It is observed that, if the gradation in fracture properties is neglected, the material gradient plays a secondary role, with the fracture behaviour being dominated by the orthotropy of the material. However, when the toughness increases along the crack propagation path, a substantial gain in fracture resistance is observed.     

油罐火灾泡沫灭火剂用量实战系数研究

通过统计我国典型油罐火灾案例,计算出实际火场的泡沫灭火剂实战系数,提出了油罐火灾泡沫灭火剂实际用量的3个影响因素:泡沫飞散罐外因素、着火油罐内部影响因素、气候影响因素。采用层次分析法建立了泡沫灭火剂用量评价数学模型,再将数学模型计算得到的结果与统计得到的实战系数进行对比,分析误差,有助于消防部队在火灾现场更加科学、合理地调用泡沫灭火剂。