一、集中载荷作用下弹性平面刚性夹杂的形状优化（论文文献综述）
方虹斌,吴海平,刘作林,张琦炜,徐鉴[1]（2022）在《折纸结构和折纸超材料动力学研究进展》文中指出折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随着应用范围的不断扩大,折纸结构和折纸超材料的动力学问题日益突出,不仅涉及其动力学建模和参数辨识,还包括动力学机制分析与实验测试.折纸结构复杂的空间几何关系、丰富的变形模式、折叠诱发的全局强非线性本构关系等给动力学研究带来了很多新挑战和新机遇.本文首先阐述了折纸结构和折纸超材料的研究背景和意义,并简要概述了折纸的基本定义、假设和分类,以及折纸结构和折纸超材料的几何设计、静力学和运动学特性.随后,本文系统回顾了折纸结构和折纸超材料动力学研究中相关问题的最新进展,包括:（1）动力学建模及参数辨识方法;（2）动力学理论、有限元和实验分析手段;（3）折叠诱发的动力学行为,包括双稳态和多稳态动力学行为、瞬态动力学行为和波传播动力学行为等;（4）典型动力学应用.本文最后提出了折纸结构和折纸超材料动力学研究中若干值得关注的问题.
张之国[2]（2021）在《一维和二维准晶中位错与夹杂问题及接触问题研究》文中指出自二十面体准晶在Al-Mn合金中被发现以来,准晶的物理和结构性质就引起了人们的广泛关注。材料在制造和开发的过程中不可避免的产生缺陷,且经常是多缺陷同时存在。因此,研究准晶材料多缺陷并存时的相互作用,对于揭示材料含缺陷时的断裂特征具有重要的现实意义。由于一维压电准晶和二维准晶本身的多场耦合效应以及多缺陷并存时的相互作用,使得对此类问题的求解非常困难,相关方面的研究文献也较少。本文针对一维六方压电准晶无限大体含椭球型夹杂的全场解,一维六方压电准晶中螺旋位错和椭圆夹杂的反平面干涉效应,一维六方压电准晶双材料中螺旋位错与圆形夹杂的相互作用,以及二维十次对称准晶双材料中圆形夹杂与刃型位错的相互作用开展研究,同时还研究了二维六方准晶在刚性平底压头作用下的两类接触问题。主要研究内容和成果包括:1.基于一维压电准晶材料的弹性理论,分析了一维六方压电准晶无限大体内含椭球型夹杂的力电性能。通过选取合适的势函数,获得了准晶材料受远场均匀力电加载,即轴对称加载、平面外剪切加载和平面内剪切加载三种情况下基体和夹杂内声子场应力、相位子场应力和电位移的解析表达式。结果表明:当椭球型夹杂退化为椭球型空洞时,空洞内只有电场存在且是均匀的。当椭球型夹杂退化为圆币形裂纹时,z-方向的声子场和相位子场的法向应力受初始应力和裂纹尺寸的影响,而电位移受初始电位移、准晶材料常数和裂纹尺寸的影响。不考虑相位子场,所得结果与经典弹性理论的结果一致。2.将一维六方压电准晶的反平面压电弹性方程用矩阵表示,利用复分析和保角变换技术,研究了一维六方压电准晶中螺旋位错与椭圆夹杂的反平面弹性干涉效应,得到了用级数表示的位错分别位于基体和夹杂内的反平面问题的通解。对特殊情况:不考虑电场、不考虑位错、夹杂退化为孔、椭圆夹杂退化为圆形夹杂等进行了分析和讨论,给出了声子场应力、相位子场应力、电场强度和电位移的解析解。研究表明:当不考虑位错时,椭圆夹杂内的声子场应力、相位子场应力、电场强度是均匀的;当椭圆夹杂退化为圆形孔时,孔内电场强度不受位错的影响,仅受远场等效电场的影响。3.利用共形映射和解析延拓方法,将双材料中位错与夹杂的相互作用问题转化为两组分区全纯函数的边值问题,研究了一维六方压电准晶双材料中一个压电螺旋位错与一个圆形夹杂的相互作用问题。假定圆形夹杂位于材料2内,求解得到了压电螺旋位错分别位于材料1、材料2和圆形夹杂内相应场的复表示。对三种特殊情况:材料1、材料2和圆形夹杂的材料常数相同,材料1和材料2的材料常数相同,材料2和圆形夹杂的材料常数相同等进行了分析和讨论。研究结果表明:当材料1、材料2和圆形夹杂的材料常数相同时,所得结果与一维六方压电准晶材料中含螺旋位错的结果一致;当材料1和材料2的材料常数相同时,所得结果与一维六方压电准晶中螺旋位错与圆形夹杂的相互作用结果一致;当材料2和圆形夹杂的材料常数相同时,所得结果与一维六方压电准晶双材料中含一个压电螺旋位错的结果一致。4.利用具有四重复根的格林函数复势解,给出了二维十次对称准晶平面问题应力场和位移场的复表示,研究了二维十次对称准晶双材料中一个刃型位错与一个圆形夹杂的相互作用。假定圆形夹杂位于材料2中,得到了刃型位错分别位于材料1、材料2和圆形夹杂内相应场的通解。由于二维五次对称准晶和二维六方准晶的平面最终控制方程与二维十次对称准晶一样,都可化简为一个四重调和方程,因此,该方法可为分析上述两类二维准晶双材料中刃型位错与圆形夹杂的相互作用问题提供理论参考。5.采用位移势函数法将二维六方准晶平面最终控制方程化简为一个四重调和方程,利用四重调和方程的复势解,给出了二维六方准晶应力和位移的复表示,研究了一个刚性平底压头作用下,二维六方准晶材料有限摩擦接触和半平面粘接接触问题,得到了应力分量的解析表达式,分析了压头所受法向载荷与压入深度的关系。结果表明当材料确定时,压入深度仅与压头承受的法向载荷大小有关。给出了无量纲应力曲线图和应力云图,数值结果显示了分析问题的方法的正确性和该问题所得解的有效性。本文的研究对进一步分析和理解一维压电准晶材料中多缺陷并存时的相互作用及二维准晶材料的声子场-相位子场的耦合机理提供一定的帮助。另外,本文的研究结论对于准晶材料及结构的设计和安全使用具有指导和参考价值。
胡帅帅[3]（2020）在《多场耦合下细晶粒压电涂层/基底结构界面裂纹的理论研究》文中提出由于细晶粒压电材料其独特的性能,近年来被广泛的应用于众多高科技领域的智能复合结构中,并取得了显着的社会价值和经济效益。结合实际工程的需要,往往在器件表面覆盖一层涂层以达到对器件保护或者监测作用。然而,受制于制造工艺水平及其他不确定的因素,在涂层内部或者界面结合处往往会有螺位错、裂纹等缺陷的存在,缺陷如若扩展或失稳,都会造成器件的失效从而产生一系列的损失。因此,材料结构界面缺陷的力学行为研究就显的尤为重要。基于此种情况,本文系统的研究了在多场耦合作用下的含缺陷的细晶粒压电涂层/基底界面的力学行为。本文主要工作如下:1.利用傅里叶积分变换及连续位错密度函数法,分析了在反平面机械载荷和面内电场耦合作用下含多Griffith型界面裂纹的细晶粒压电涂层/基底的力学问题。通过将问题转化为第一类具有柯西核的双奇异积分方程组,得出了问题的强度因子和能量释放率的半解析表达式,并借助切比雪夫置点法、Matlab软件对其进行数值求解。最后,利用数值算例给出了单界面裂纹、双界面裂纹、三界面裂纹等三种情况下能量释放率随材料弹性模量、电位移、应力、裂纹尺寸、涂层厚度等因素的变化规律及应力、电势能够抑制裂纹扩展的条件。2.研究了在力、电多场耦合作用下细晶粒压电涂层/基底界面边裂纹与螺位错的相互作用的问题。利用复变函数法和构造的两个映射函数,将问题简化到含螺位错的右半无限平面压电双材料结构中求解,从而得到了问题的电场、位移场、像力和强度因子的表达式。同时讨论了细晶粒压电涂层/基底结构退化为同一压电材料时的特殊情形,得出了与以往研究者相同的结论,进而验证了本文理论推导结果的正确性。通过数值算例,重点讨论了材料参数、裂纹尺寸、涂层厚度对含螺位错的细晶粒压电涂层/基底结构与界面边裂纹的相互影响规律。研究结果表明,位错根据位置的不同对界面裂纹的扩展起到抑制和促进作用,且在适当条件下选择具有较高弹性模量的涂层材料或者涂层厚度较小时都能够更好的抵抗结构的断裂。3.分析了含螺位错的细晶粒压电涂层/基底结构与界面边裂纹在热、力、电多场耦合作用下的相互作用。通过构造两个映射函数将问题转换成含螺位错的右半无限平面的压电双材料结构问题,并借助复变函数、黎曼一施瓦兹解析延拓定理及线性方程组解的理论构造出了在稳态热载荷作用下的温度场表达式和含有温度函数控制方程组的通解,通过返代映射函数的方式给出了问题的像力、热流强度因子及强度因子的理论表达式。最后通过数值算例讨论了材料参数、温度梯度、涂层厚度、裂纹尺寸对像力的影响,结果表明温度因素是可以促进材料结构的断裂。4.在热、力、电多场耦合作用下对含界面裂纹的各向同性细晶粒压电涂层/基底的界面断裂问题进行了理论研究。在稳态热载荷下,利用傅里叶积分变换给出了温度场的表达式,并由此推导出了热流强度因子的表达式。借助线性方程组解的理论,构造出了含温度函数控制方程的通解,从而推导出了问题的温度场、热流强度因子、热应力强度因子和电位移强度因子的表达式。数值算例给出了温度、涂层/基底厚度、材料参数同热流强度因子、应力强度因子和电位移强度因子之间的相互关系。
裴鹏宇[4]（2019）在《含硬夹杂软材料二维力学失效问题研究》文中提出含硬质夹杂的软材料是一种常见的材料系统。通常意义而言,软材料是具有较低模量的材料,硬夹杂指弹性模量较大的非均匀相。得益于近年来软材料在诸领域的广泛应用,软材料的断裂问题再次引起人们的极大兴趣。就单一材料而言,无论是软材料还是硬材料,其断裂性能均已得到充分的关注。而软材料中含硬质夹杂（特别是尖锐形状的硬夹杂）问题尚未获得充分的认识。硬质夹杂的出现破坏了软材料的物理连续性,从辩证法的角度看,软材料中的硬质线夹杂如同硬质材料中的裂纹,是连续材料中显着的非连续相,这种显着的非连续相,破坏了原材料的物理连续性,故在夹杂附近必将引起场变量局部集中,从而可能产生界面裂纹或软材料刺破现象,界面裂纹或软材料刺破缺口的萌生和扩展,促使软硬结构系统非正常失效。硬夹杂相的引入源于两种可能因素,一是人为因素,如在水凝胶中加入纤维以增强其韧性、柔性基体中植入电子元器件以期得到具有柔性特性的电子器件。二是非人为因素,如软材料制作过程中引入的异物、异常固化区域等。在前一种情形,界面上应力传递的效率直接影响最终的材料性能,无论功能性软-硬材料系统还是结构性软-硬系统,界面特性均会直接影响材料系统的性能。在第二种情形,夹杂尖端的应力场特性决定了软-硬材料系统破坏的主导诱因,从而决定破坏模式。深入了解失效模式才能明确材料系统改进或增强的具体方向。目前,人们对软材料断裂问题的研究,主要集中在缺口撕裂问题、裂纹空腔扩展问题、界面脱粘问题等方面,对含尖锐硬质夹杂软材料的力学失效问题关注度相对不足。事实上,对于界面粘结性能充分好的软-硬系统,在夹杂与基体界面脱粘发生之前,可能发生软材料刺破现象,而目前该问题没有得到充分的研究。随着软-硬材料系统越来越广泛的使用,开展含硬质夹杂软材料力学失效问题分析越来越重要。本文针对含硬质夹杂软材料的力学失效问题进行了系统深入的研究。首先,将该问题简化为通常的夹杂问题,应用极限思想,夹杂形状由椭圆逐步退化为线夹杂（钝形→尖锐）,夹杂材料由孔洞增强到刚性材料（裂纹→刚性线）,最终形成含刚性线的软材料物理模型。就分析方法而言,综合利用理论、试验、有限元方法逐步证明基于辩证思想的预测-------软材料中的刚性线（反裂纹）是关键的力学失效诱因。在充分揭示这一重要的物理现象后,对含硬质夹杂软材料力学失效问题相关的一系列问题逐步展开了深入研究。主要研究内容为:第二章,结合理论、试验、有限元三种方法揭示了硬质夹杂特别是尖锐硬质夹杂对软硬材料系统力学失效行为的重要影响,指明了尖锐硬质夹杂问题是软材料断裂分析的重要方向。第三章,对含圆柱形夹杂的复合材料（纤维增强复合材料）的纤维拉拔过程进行了理论分析,完善了现有理论模型,在考虑全部应变分量的情形下,开发了基于能量释放率准则的纤维拉拔界面断裂模型以及纤维拉拔-卸载过程理论模型,为界面摩擦性能的评估提供了较为精确的理论工具。第四章,将刚性线的热膨胀考虑在内,建立了刚性线热弹性平面问题理论模型,利用复变函数方法获得了刚性线热弹性平面问题的显示解。分别对均匀温度变化问题和稳态热流问题进行了理论分析,讨论了软硬材料膨胀系数、热流方向、机械载荷、温度场等因数对夹杂尖端应力奇异性以及破坏模式的影响。第五章,研究了刚性线夹杂热弹性问题的基本解即Green函数问题,导出了含尖锐硬质夹杂软材料热弹平面应力问题的Green函数,这些解为进一步应用边界元法研究更为复杂的含刚性线夹杂软材料热弹性问题奠定了基础。第六章,初步探讨了含尖锐硬质夹杂软材料的黏弹性问题,得到了刚性线尖端应力强度因子随时间的变化规律。本文的主要创新结果包括:指出尖锐硬质夹杂是引起软材料力学失效的重要因素,软硬材料系统中,不仅存在界面脱粘的失效模式,也存在软材料刺破的失效模式,扩展了软材料断裂研究的内容,并通过理论、试验、有限元相结合的方法验证了这一预测的科学性;对含刚性线夹杂软材料的热弹性问题进行了系统研究,将刚性线的热变形考虑在内,完善了经典的刚性线理论模型,首次给出了考虑刚性线膨胀变形平面热弹性问题解析解;对含有刚性线夹杂的软材料进行了进一步研究,首次给出了考虑刚性线夹杂膨胀变形的热弹性问题基本解即Green函数解;对含有圆柱形夹杂的软（硬）材料进行了深入的研究,利用包含全部应变分量的纤维拉拔模型,首次给出了考虑全部应变分量的加载-卸载理论模型,为界面摩擦系数的确定提供了有效工具。
雷鸣[5]（2018）在《记忆聚合物的玻璃化转变本构模型及其复合材料/结构设计》文中提出生物体的生存能力取决于其对环境的适应和反应能力。近年来,研究人员发现,许多人造材料也能够根据环境刺激产生应激反应,而形状记忆材料就是其中最着名的一种。形状记忆材料能够在外激励条件下,改变材料形状,进而实现结构的宏观自发变形。形状记忆聚合物由于其制备方便、激励手段多样、成本低廉、生物相容性好等特性,受到了商业公司和研究机构的广泛关注,在空间可展开结构、心脏支架、可变形器件等方面具有广阔的商业应用前景。无定形态聚合物的形状记忆机理与材料的松弛过程和玻璃化转变过程密切相关。当加载温度远高于玻璃化转变温度（gT）时,聚合物的松弛时间非常短,材料表现为弹性;当降温后,材料经历玻璃化转变,其松弛时间显着变长,材料表现为粘弹性。因此,通过设计恰当的热历史,可以使得无定形态聚合物实现形状记忆过程。热激励下,一个典型的形状记忆过程由形状编程和形状回复两步组成:在形状编程步,材料被加热到gT以上,同时在载荷作用下变形至临时形状,而后保持外载荷并降低试样温度至gT以下,在此过程中玻璃化转变将导致材料松弛时间显着变长,在降温后材料很难通过自发松弛回复至原始形状,因此这一临时形状将被固定;在形状回复步,材料被缓慢加热至gT以上,由玻璃化转变导致材料松弛时间缓慢降低,材料由临时形状缓慢回复至原始形状。因此,在热激励下无定形态聚合物的形状记忆过程由温度对松弛时间的调节作用来实现。聚合物松弛时间的可逆改变将使得聚合物的力学本构关系变得非常有趣,这一力学问题不仅为力学研究人员提供了广阔的舞台,而且可靠简洁的本构模型将为形状记忆复合材料、器件设计铺平道路。为了探究由聚合物的玻璃化转变所引发的形状记忆机理,并定量地描述材料各项力学属性在玻璃化转变过程中的连续变化,本文研究并建立了形状记忆聚合物在热激励条件下的本构方程,并利用本文发展的本构模型设计了形状记忆复合材料/器件。本文建立了一套无定形记忆聚合物的粘弹本构模型,模型成功描述了热激励施加速率（温度率）对材料性质和形状回复过程的影响;进一步采用建立的本构模型,本文设计并制备了二维形状记忆复合材料以调控面内性质,和形状记忆智能铰以实现可控宏观变形;根据聚合物粘性基体的流动特性,研究了纳米纤维对形状记忆纳米复合材料的增强机理,揭示了纳米纤维对聚合物基体变形的阻碍存在尺寸效应;为了面向具有复杂组分的聚合物体系,本文最后建立了大变形条件下,半晶态聚合物的三维粘弹-弹塑-损伤模型,为半晶态聚合物在大变形下的形状记忆过程提供了理论参考。本文首先从分子链的微观运动出发,基于广义Maxwell模型建立了温度率相关的形状记忆本构模型,通过引入熵温度在理论上成功描述了聚合物松弛时间随温度变化的滞后现象,对比实验,证明模型能够准确预测变温度率下材料粘弹性的演化和形状记忆行为。而后,基于本文发展的本构模型,利用柔性夹杂-刚性网格设计并制备了新型二维交错复合材料,通过改变夹杂的几何形状、材料性质、体积分数实现了对复合材料面内粘弹性和断裂行为的调控,相比于传统的刚性夹杂-柔性网络,本文设计的这种新型交错特性赋予了复合材料更宽的粘弹性可调域、更高的刚度、强度和断裂韧性。本文进一步将形状记忆聚合物结合柔性电路,设计并制备了形状记忆智能铰,这种智能铰可以通过加热电路驱动形状记忆基体实现形状回复,并同时利用传感电路监测回复过程,通过计算机程序实现了对回复角度地精确控制。为了研究形状记忆纳米增强复合材料的增强机理,本文由形状记忆基体的粘性出发,通过纳米压痕测试发现压痕边缘隆起的O&P判据不适用于纳米纤维增强形状记忆复合材料,其原因为纳米纤维的增强效果同测试尺度密切相关。当测试尺度小于纳米纤维骨架尺度时,纳米纤维不能够有效阻碍粘弹基体的流动。纳米纤维仅能阻碍粘性基体的远程运动,在压痕测试中表现为压痕边缘隆起。本文最后研究了半晶态聚合物聚醚醚酮（PEEK）在大变形下的三维力学性能,建立了大变形粘弹-弹塑-损伤本构模型。在实验中,本文采用两步加载:在第一步单轴拉伸中,微观孔洞在PEEK材料中萌生并演化,宏观上引发了显着的体积膨胀;在拉伸完成后,试样被切割为正方形试样进行横向压缩,测试结果表明横向压缩屈服应力和模量随拉伸量发生显着下降。结合实验观察,建立的本构模型将体积膨胀和横向屈服应力、模量的下降归因为微观孔洞的增长,对比多种加载历史、温度和应变率下的实验结果,证明了本构模型能够有效预测PEEK的三维力学性能。
杨未柱[6]（2018）在《软硬物质/结构一体化设计的力学行为及应用研究》文中研究表明软硬物质的融合在自然界的生物材料/结构中普遍存在,且多尺度的软硬融合使很多生物材料/结构表现出优异力学性能。仿生材料基于生物材料微观结构和多尺度构造特点实现了力学性能或功能特性的改良。此外,声子晶体、超材料、超表面和柔性电子等新兴复合材料/结构/器件的设计也融合了软硬物质/结构以实现特定的力学行为和功能特性,提高其环境适用性等。本文以此为背景,结合软硬物质/结构各自的优点以及它们之间的相互作用,较为全面地阐述了软硬物质/结构一体化设计的概念及其应用前景。基于此概念,重点研究了多孔内核/密实外壳球状复合结构和硬颗粒/软基体复合材料的力学行为,采用弹性力学理论、有限元数值模拟及试验等多种手段进行了较为系统深入地分析,并讨论研究了两种复合结构/材料的实际应用。主要研究内容和结论包括以下几个方面:（1）提出了一种多孔内核/密实球壳（FSS）新型复合结构,并结合理论和有限元建模分析研究了这种复合结构在平板压缩作用下的等效弹性模量、临界屈曲和变形特性。分析结果显示在一整体密度下FSS结构力学性能随几何参数呈非线性变化,且其变形呈现出多孔结构主导、球壳主导和混合变形三种模式。考虑外球壳和内部多孔结构的变形耦合建立了理论模型以预测等效弹模、临界屈曲载荷和决定变形模式的几何关系,理论模型与有限元结果吻合良好。还分析了压缩载荷下FSS结构的能量吸收特性,提出了新的能量吸收因子用于评估结构的吸能特性。分析结果显示,混合变形和多孔结构主导两种变形模式的FSS结构具有更优的能量吸收特性,这得益于结构的局部屈曲、卷曲和折叠等多种变形机制。（2）进行了 FSS复合结构的制备及压缩试验研究。首先,探讨了 3D打印技术制备FSS结构的可行性,采用熔融沉积成型（FDM）技术进行了试制,分析了现有FDM技术的缺点和造成打印结构件承载能力低的原因。然后,重点研究了基于超声喷雾热解技术（USP）制备的多孔/薄壳无定形碳纳米球结构。针对制备生成的空心球壳、疏孔球和密孔球三种典型结构,开展了原位TEM压缩试验研究和简化有限元建模分析。其中,疏孔碳纳米球的载荷位移曲线呈现弹性、平台和致密化三个阶段,显示出良好的大变形能力和能量吸收特性,远优于无定形碳本身的脆性特性,这与压缩时出现的外壳翘曲、内部孔坍塌、杆弯曲和失稳等多种变形机理有关。详细有限元参数分析显示内部孔隙和外壳都对复合结构的大变形和能量吸收特性发挥促进作用,表明了多孔/薄壳复合结构设计的优势。（3）首次建立了远场应力作用下多个随机排布的任意形状硬质颗粒在软基体中旋转问题的理论框架,并采用有限元分析对理论进行了验证。利用平面弹性复变方法和叠加原理,基于刚性颗粒、弹性基体和颗粒界面完全粘接假设,描述了软基体中多个任意形状颗粒之间的相互作用,以及这种相互作用对旋转的影响,并计入几何非线性的影响,以适用于软基体大变形的情形。给出了单个任意形状颗粒旋转的简化显式解,对Muskheshvili单个椭圆颗粒旋转的经典解有所修正。在不同颗粒形状、个数、排布和方位下进行了有限元建模分析,所有有限元结果与理论解吻合良好,同时这些结果显示,通过合理地排布颗粒的位置和方位可对其旋转进行较大范围的调节。另外,详细讨论了该理论如何延伸至非刚性颗粒、粘弹性基体和非完全粘接等情形。（4）设计了一种基于硬质颗粒旋转实现负泊松比变形的仿生软硬一体复合材料。基于周期性排布下的颗粒旋转角,以及拉伸作用下基体收缩变形与颗粒旋转引起的扩张变形之间的竞争机制,推导了复合材料泊松比的理论解,发现单位应变的颗粒旋转角是实现负泊松比的关键参数。通过有限元分析与理论、半理论解的对比,验证了旋转之于负泊松比的决定性作用。然后,以负泊松比最大为目标开展了优化设计,在不同颗粒间距下的寻优结果表明相同（近）方位角有利于负泊松比实现。根据优化所得的结构,设计并利用Polyjet 3D打印技术制造了复合材料试件,通过有限元分析和试验结果的对比,进一步验证了旋转对材料负泊松变形的决定性作用。另外,不同厚度试件的试验和有限元结果显示材料泊松比随试件厚度呈先减后增的变化趋势,且远远突破了平面应力情况与平面应变情况的界限,这种变化与基体域面外收缩变形导致的颗粒旋转角增大密切相关。（5）进行了硬质颗粒旋转在可调声子晶体设计中的应用研究。通过将倾斜的金属椭圆颗粒周期性镶嵌在软橡胶基体中设计了一种机械可调声子晶体。数值分析显示,所设计的声子晶体的带隙结构随应变增加将发生禁带变窄、消失、新生和偏移等多种变化。此外,在机械可调声子晶体的设计中颗粒旋转对禁带结构变化的影响必须加以考虑,一定情况下颗粒旋转有助于更精确地利用外部载荷调控声子晶体的带隙结构。本文基于软硬一体化概念探索研究了一些创新的复合材料/结构设计,并突破了相应的建模技术和理论描述方法,为新型设计提供了理论、数值和试验支撑。这些工作可供未来高性能多功能复合材料/结构/器件的设计参考。
陈玉丽,马勇,潘飞,王升涛[7]（2018）在《多尺度复合材料力学研究进展》文中研究说明多尺度复合材料力学是运用多尺度分析思想研究空间分布非均匀材料力学性能的学科.近年来,多组分、多层级先进材料的蓬勃发展和微纳米实验观测手段的不断进步,有力地推动了该学科的研究.论文围绕非均匀材料力学性能的多尺度分析,首先从微纳米尺度到宏观尺度综述了常用的理论分析方法;接着分别针对非均匀连续介质和离散体系介绍了常用的多尺度计算模拟方法;然后结合本课题组在纳米复合材料、抗冲击吸能材料、随机网络材料和多层级自相似材料等方面的研究工作,举例说明了如何综合运用多种方法对各种复杂材料系统进行多尺度分析;最后,展望了该领域还需进一步发展和完善的若干方向.
赵雪芬[8]（2016）在《准晶材料的接触问题》文中研究说明准晶材料的发现是80年代凝聚态物理的重大进展之一.独特的原子排列结构,使得准晶表现出硬度高、密度低、耐磨、耐蚀、耐氧化等独特的性能,成为一种新型的功能材料和结构材料,在众多科学技术领域有着广泛的应用前景.接触问题在现代工业生产中无处不在,准晶接触问题的理论和实验分析可为工程实际中准晶材料安全性和可靠性需求提供一些参考依据,对高品质准晶材料的研究、设计、制备及实验提供理论基础和技术支持,进而指导准晶材料的研发.基于此,本文借助于经典平面弹性方法,对准晶材料的几类接触问题进行了建模和求解,得到了各类接触问题物理场场变量的解,并对部分结果进行了算例分析研究,获得了一些有实际应用价值的结论.本文的第一章简要介绍了课题选题背景和意义、准晶线弹性理论的研究进展和接触问题的边界条件及研究现状,给出了本文主要研究内容和创新点.基于一维六方压电准晶的格林函数解和势函数理论,第二章研究了一维六方压电准晶的无摩擦接触问题,求得了平底圆柱、球形和锥形三种刚性绝缘压头作用下声子场、相位子场和电场场变量的解析表达式.这些解析表达式都是用初等函数表示的,可以方便直观地用来做算例分析.算例讨论了耦合系数对外载荷和压入深度之间关系的影响,给出了压头下方无量纲化法向场变量的三维图和分布云图.利用复变函数方法,通过Riemann-Hilbert边值问题的求解,第三章讨论了一维六方准晶、二维十二次对称准晶和三维二十面体准晶的有限摩擦接触问题和半平面粘结接触问题,获得了平底刚性压头作用下应力函数和接触应力的显式表达式.算例讨论了摩擦系数和材料参数对接触应力大小及分布规律的影响.除了单个压头的接触问题外,在工程实际应用中还经常出现多个压头的接触现象.如果多个压头呈周期排列,这种现象就可看成是周期接触问题.借鉴经典弹性理论中各向异性材料周期接触问题的解法,第四章探讨了一维单斜、二维十次和三维二十面体准晶材料的两类周期接触问题.利用半平面Hilbert核积分公式得到了应力函数和接触应力封闭形式的解.作为应用,在有限摩擦周期接触问题中,给出了周期直水平基底、周期直倾斜基底和周期圆基底压头作用下接触应力的显式表达式；在半平面粘结周期接触问题中,给出了已知准晶边界上作用尖劈形周期位移时接触应力的表达式.算例分析了二维十次和三维二十面体准晶周期接触问题中摩擦系数和弹性常数对接触应力的影响规律.准晶的独特性质使晶体内部不可避免的存在裂纹、孔洞等结构缺陷.应力强度因子是计算裂纹扩展率、疲劳寿命和剩余强度的重要参数.为了能够安全充分地利用准晶材料,准确确定含裂纹准晶体的应力强度因子具有非常重要的理论和现实意义.基于此,本文的第五章利用平面弹性复变方法研究了带任意形状裂纹的二维十次对称准晶和三维二十面体准晶的无摩擦接触问题.通过合理地分拆应力函数和消元的方法,得到了应力函数的封闭解,并给出了裂纹尖端应力强度因子和压头下方接触应力的分布情况.从接触应力的表达式可以看出,接触应力在压头边缘具有-1／2阶奇异性.本文所得结论可用来在实验中分析声子场-相位子场耦合特性,给准晶材料的接触变形提供重要的力学参考,为工程中准晶材料的应用提供可靠的理论依据.
贾红刚[9]（2015）在《复合材料断裂分析的扩展有限元法研究》文中认为复合材料具有热稳定性好、比强度、比刚度高的特点,因此被广泛应用于航空航天、建筑、汽车等领域。由于裂纹和夹杂的存在,复合材料常常会不同程度地断裂破坏,这会极大地影响其服役寿命。研究复合材料断裂失效问题的方法有解析方法、实验方法及数值方法。解析法仅适用于具有特殊几何边界和加载条件的问题,难以解决具有复杂边界和加载条件的问题。实验方法由于代价高也难于被广泛应用。常用的数值方法在模拟裂纹或夹杂等不连续问题时需进行网格重构。因此,发展新的数值方法来研究复合材料的断裂与损伤具有重要的理论与现实意义。扩展有限元法是一种新兴的分析裂纹等不连续问题的数值方法,该方法继承了传统有限元法的优点,克服了其分析裂纹问题中网格划分繁琐的缺点。相对于各向同性弹性材料断裂,扩展有限元在正交各向异性热弹性材料断裂方面的研究要少得多,因此,研究正交各向异性热弹性断裂扩展有限元分析方法具有非常重要的应用价值,基于此,本文主要应用发展扩展有限元法（extended finite element method,XFEM）研究含裂纹夹杂各向同性、正交各向异性复合材料的断裂失效问题,把正交异性热弹性裂尖加强函数应用于正交异性热弹性断裂问题中,并把热弹性各向同性裂尖加强函数应用于热弹性各向同性裂纹夹杂相互作用问题中,主要内容包括:1.给出了各向同性及正交异性交互积分的表达式,并在正交异性交互积分的基础上,通过引入热积分项,推导了正交异性热弹性交互积分的表达式,并对交互积分做了两点改进:增加了与温度变化有关的项,把各向同性弹性交互积分推广到正交异性热弹性交互积分。2.在经典的各向同性扩展有限元的基础上,把各向同性材料弹性问题的扩展有限元法推广到正交异性材料热弹性问题分析,研究了热载荷作用下含单裂纹正交异性复合材料板断裂分析的扩展有限元法,分析了不同材料主轴、网格细度、高斯积分、裂尖加强函数及J积分半径对裂纹尖端应力强度因子的影响,得到了裂纹尖端应力强度因子,对比了相应文献结果,并通过几个典型算例验证了发展XFEM模拟正交异性热弹性断裂的准确性和合理性。3.鉴于材料中的缺陷常常以多裂纹、多夹杂形式出现,研究多裂纹、多夹杂问题具有重要的现实意义。本文在单裂纹、单夹杂已有研究结果的基础上,给出了多裂纹和多夹杂热弹性问题相关控制方程,推导了多裂纹和多夹杂热弹性问题扩展有限元离散表达式及相应的扩展有限元位移逼近,通过数值算例验证了发展XFEM模拟裂纹夹杂相互作用问题的准确性,着重分析了裂纹长度、裂纹夹杂间距对裂纹尖端应力强度因子的影响。4.在给出各向异性复合材料板平面问题的基本理论和方法的基础上,利用保角映射技术,通过构造适合所研究问题的保角映射,并引入适当的应力函数,得到了在面内集中载荷作用下各向异性复合材料板中半无限裂纹尖端应力强度因子的解析解。
严洁[10]（2014）在《两层间的退让接触平面问题》文中研究指明接触问题广泛存在于实际生活中.退让接触问题作为接触问题的一种特殊情况,已足渐受到研究者们的关注.尽管弹性材料的退让接触问题早在二十世纪六十年代就开始有人研究,但是至今所得到的研究成果并不多,而且多停留在关于半平面或基底的研究模型居多.功能梯度材料的退让接触问题近十年才开始有学者研究.且几乎均研究的是功能梯度层与半平面或均匀基底间的问题.由于关于两层间的退让接触问题的研究成果较少,所以本文主要是对这方面内容进行研究.本文共五章.第一章绪论,首先给出了接触问题的概念及其分类,然后再分别具体介绍了弹性材料与功能梯度材料的接触问题的研究进展,最后简单介绍了退让接触问题的研究现状.第二章到第四章是本文研究的重点,分别研究了两弹性层间的单退让接触问题、功能梯度层与弹性层间的单退让接触问题以及双退让接触问题.均采用Fourier积分变换法,把问题转化为求解奇异积分方程,其中退让接触半径和接触应力是主要未知量.然后利用Gauss-Chebyshev求积公式和迭代法进行数值求解.第五章是结论与展望,总结了本文的研究成果,并指明了退让接触问题未来可能的发展方向.
二、集中载荷作用下弹性平面刚性夹杂的形状优化（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、集中载荷作用下弹性平面刚性夹杂的形状优化（论文提纲范文）
（2）一维和二维准晶中位错与夹杂问题及接触问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 准晶弹性理论研究现状 |
| 1.2.2 准晶位错问题研究现状 |
| 1.2.3 准晶裂纹、孔洞及与位错的相互干涉研究现状 |
| 1.2.4 准晶接触问题研究现状 |
| 1.2.5 准晶夹杂问题研究现状 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 1.4 本文创新点 |
| 第二章 一维六方压电准晶无限大体含椭球型夹杂问题 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基本方程 |
| 2.3 远场均匀轴对称加载下椭球型压电夹杂的基本解 |
| 2.3.1 夹杂内电位移、声子场应力和相位子场应力的求解 |
| 2.3.2 基体内电位移、声子场应力和相位子场应力的求解 |
| 2.3.3 特殊情况: 椭球型空洞和圆币形裂纹 |
| 2.4 面外剪切作用下椭球型压电夹杂的基本解 |
| 2.4.1 夹杂内电位移、声子场应力和相位子场应力的求解 |
| 2.4.2 基体内电位移、声子场应力和相位子场应力的求解 |
| 2.4.3 特殊情况: 椭球型空洞和圆币形裂纹 |
| 2.5 面内剪切作用下椭球型压电夹杂的基本解 |
| 2.5.1 基体内电位移、声子场应力和相位子场应力的求解 |
| 2.5.2 特殊情况: 椭球型空洞和圆币形裂纹 |
| 2.6 结论 |
| 第三章 一维六方压电准晶中椭圆夹杂与螺旋位错的干涉效应 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基本方程 |
| 3.3 位错位于基体内 |
| 3.3.1 问题描述 |
| 3.3.2 问题求解 |
| 3.3.3 特殊情况 |
| 3.4 位错位于夹杂内 |
| 3.4.1 问题求解 |
| 3.4.2 特殊情况 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 一维六方压电准晶双材料中螺旋位错与圆形夹杂的相互作用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基本方程和问题描述 |
| 4.3 问题求解 |
| 4.4 压电螺旋位错位于材料1内 |
| 4.4.1 特殊情况1 |
| 4.4.2 特殊情况2 |
| 4.4.3 特殊情况3 |
| 4.5 压电螺旋位错位于材料2内 |
| 4.5.1 特殊情况1 |
| 4.5.2 特殊情况2 |
| 4.5.3 特殊情况3 |
| 4.6 压电螺旋位错位于圆形夹杂内 |
| 4.6.1 特殊情况1 |
| 4.6.2 特殊情况2 |
| 4.6.3 特殊情况3 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 二维十次对称准晶双材料中刃型位错与圆形夹杂的相互作用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基本方程和问题描述 |
| 5.3 问题求解 |
| 5.4 刃型位错位于材料1内 |
| 5.5 刃型位错位于材料2内 |
| 5.6 刃型位错位于圆形夹杂内 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 二维六方准晶中的两类接触问题 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 二维六方准晶的基本方程 |
| 6.3 位移势函数法化简平衡方程 |
| 6.4 两类接触问题 |
| 6.4.1 有限摩擦接触 |
| 6.4.2 半平面粘接接触 |
| 6.4.3 法向加载和压入深度的关系 |
| 6.5 数值结果和讨论 |
| 6.5.1 有限摩擦接触 |
| 6.5.2 半平面粘接接触 |
| 6.5.3 法向加载和压入深度的关系 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）多场耦合下细晶粒压电涂层/基底结构界面裂纹的理论研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 压电陶瓷涂层的研究现状 |
| 1.2.2 细晶粒压电材料的研究概况 |
| 1.2.3 压电复合材料界面裂纹及缺陷问题研究 |
| 1.3 本文主要研究工作 |
| 第二章 涂层/基底结构中多Griffith界面裂纹问题的理论分析 |
| 2.1 多界面裂纹的涂层/基底力学模型的建立 |
| 2.2 力学模型的求解 |
| 2.3 奇异积分方程组的求解 |
| 2.3.1 奇异积分方程组的归一化 |
| 2.3.2 断裂参数 |
| 2.4 多Griffith界面裂纹相互作用的数值算例 |
| 2.4.1 单界面裂纹 |
| 2.4.2 多界面裂纹 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 涂层/基底结构中螺位错与界面边裂纹的相互影响 |
| 3.1 螺位错与界面边裂纹力学模型的建立 |
| 3.2 模型的求解 |
| 3.2.1 问题的转化 |
| 3.2.2 右半无限压电复合介质的螺位错 |
| 3.3 像力和强度因子 |
| 3.3.1 螺位错上的像力 |
| 3.3.2 强度因子 |
| 3.4 位错与界面边裂纹相互作用的数值算例 |
| 3.4.1 右半无限平面压电材料中螺位错的研究 |
| 3.4.2 位错与细晶压电涂层/基底结构相互作用的研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 稳态热载荷作用下涂层/基底结构中螺位错与界面边裂纹的相互影响 |
| 4.1 螺位错与界面边裂纹力学模型的建立 |
| 4.2 基本方程与边界条件 |
| 4.2.1 基本方程 |
| 4.2.2 边界条件 |
| 4.3 问题的求解 |
| 4.3.1 温度场 |
| 4.3.2 热应力和电位移场 |
| 4.3.3 像力 |
| 4.4 数值算例 |
| 4.4.1 温度梯度对像力的影响 |
| 4.4.2 材料弹性模量对像力的影响 |
| 4.4.3 涂层厚度对像力的影响 |
| 4.4.4 裂纹尺寸对像力的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 稳态热载荷作用下涂层/基底结构中界面裂纹问题研究 |
| 5.1 多场载荷下涂层/基底结构界面裂纹模型的建立 |
| 5.2 问题的求解 |
| 5.2.1 温度场 |
| 5.2.2 热流强度因子 |
| 5.3 热应力和电位移场 |
| 5.4 稳态热流作用下结构界面裂纹的数值算例 |
| 5.4.1 材料参数对单压电材料热流强度因子的影响 |
| 5.4.2 材料参数对细晶粒压电涂层/基底结构强度因子的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（4）含硬夹杂软材料二维力学失效问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 含硬夹杂软材料 |
| 1.2 软材料含硬夹杂力学失效问题研究现状 |
| 1.2.1 软材料失效问题 |
| 1.2.2 软材料含一般夹杂失效问题 |
| 1.2.3 软材料含刚性线夹杂失效问题 |
| 1.2.4 软材料含纤维拉拔问题 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第二章 软材料含椭圆夹杂问题 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 线弹性理论模型及分析 |
| 2.2.1 弹性模量比对应力集中系数的影响 |
| 2.2.2 泊松比、椭圆尖锐程度对应力集中系数的影响 |
| 2.2.3 尖端奇异性及失效模式 |
| 2.3 有限元方法模型及大变形效应分析 |
| 2.4 试验分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 软材料含纤维夹杂拉拔问题 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论模型 |
| 3.2.1 脱粘和卸载过程 |
| 3.2.2 卸载过程的摩擦滑动 |
| 3.3 数值算例 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 热载荷条件下软材料内含夹杂问题 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 软材料含刚性线夹杂热应力问题 |
| 4.2.1 基于线性弹性的势函数 |
| 4.2.2 热应力对失效模式的影响 |
| 4.2.3 热载荷和机械载荷共同作用下的界面应力 |
| 4.2.4 软材料大变形效应对理论预测的影响 |
| 4.3 软材料含共线刚性线夹杂热应力问题 |
| 4.3.1 问题描述 |
| 4.3.2 基于线弹性力学的复势函数 |
| 4.4 软材料含刚性线夹杂稳态热流问题 |
| 4.4.1 理论模型描述 |
| 4.4.2 基于线弹性力学的复势函数 |
| 4.4.3 失效模式识别 |
| 4.5 本章结论 |
| 第五章 软材料含刚性线夹杂Green函数 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题描述 |
| 5.3 基本方程 |
| 5.4 基本解和分析 |
| 5.5 数值算例 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 软材料含夹杂的黏弹性问题 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基本方程和“对应原理”简介 |
| 6.3 含一刚性线夹杂软材料单向拉伸作用下的黏弹性问题 |
| 6.4 含共线刚性夹杂软材料单向拉伸作用下的粘弹性问题 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（5）记忆聚合物的玻璃化转变本构模型及其复合材料/结构设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 形状记忆聚合物的研究现状 |
| 1.2.1 形状记忆聚合物的机理分类 |
| 1.2.2 聚合物的形状记忆行为 |
| 1.2.3 形状记忆聚合物的应用 |
| 1.3 聚合物的变形特征与本构关系 |
| 1.3.1 熵弹性 |
| 1.3.2 粘性 |
| 1.3.3 塑性 |
| 1.3.4 损伤和断裂 |
| 1.3.5 聚合物的变形总结 |
| 1.4 形状记忆聚合物本构模型的研究现状 |
| 1.4.1 唯象模型 |
| 1.4.2 松弛模型 |
| 1.4.3 相变模型 |
| 1.4.4 形状记忆聚合物的模型总结 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 温度率相关的聚合物粘弹本构模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.1.1 基础理论与前期发展 |
| 2.1.2 存在问题与本章简介 |
| 2.2 实验研究温度率对无定形聚合物行为的影响 |
| 2.2.1 材料和测试 |
| 2.2.2 动态模量的温度率相关 |
| 2.2.3 形状记忆行为的温度率相关 |
| 2.3 基于熵温度建立的粘弹本构模型 |
| 2.3.1 熵温度 |
| 2.3.2 应力-应变关系 |
| 2.3.3 结构松弛 |
| 2.3.4 热传导过程 |
| 2.4 模型的离散化与参数确定 |
| 2.4.1 模型的离散 |
| 2.4.2 模型参数的确定 |
| 2.5 聚合物松弛行为的模拟结果 |
| 2.5.1 恒定温度率下的松弛行为 |
| 2.5.2 变温度率下的松弛行为 |
| 2.6 聚合物形状记忆行为的模拟结果 |
| 2.6.1 恒定温度率下的形状回复 |
| 2.6.2 变温度率下的形状回复 |
| 2.7 通过变速率对形状回复过程的控制 |
| 2.7.1 变速率对形状回复控制的模型预测研究 |
| 2.7.2 实验结果的对比研究 |
| 2.8 体积松弛的影响以及误差分析 |
| 2.8.1 体积松弛的引入 |
| 2.8.2 误差分析 |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 二维周期结构调控复合材料的粘弹与断裂行为 |
| 3.1 引言 |
| 3.1.1 基础理论与前期发展 |
| 3.1.2 存在问题与本章简介 |
| 3.2 二维周期性结构的设计 |
| 3.3 二维周期性结构的3D打印制备 |
| 3.3.1 打印材料的选取 |
| 3.3.2 打印材料的性质 |
| 3.3.3 应变与拉伸韧性的度量 |
| 3.3.4 打印结构的精度与误差分析 |
| 3.4 二维周期性结构的实验研究 |
| 3.4.1 调控动态响应上、下限的确定 |
| 3.4.2 二维菱形与球形夹杂对动态响应的调控 |
| 3.4.3 二维菱形与球形夹杂对断裂行为的调控 |
| 3.5 二维周期性结构的细观力学模拟 |
| 3.5.1 有限元模型的建立 |
| 3.5.2 粘弹性模型对动态响应的模拟 |
| 3.5.3 变形模式分析 |
| 3.5.4 变形模式的调控 |
| 3.5.5 扩展有限元对断裂行为的模拟 |
| 3.6 两种复合形式的对比 |
| 3.7 本章小节 |
| 第4章 基于内置电路的电阻实现反馈控制形状回复 |
| 4.1 引言 |
| 4.1.1 传统形状记忆器件的制备及其存在问题 |
| 4.1.2 本章简介 |
| 4.2 2D金膜复合功能形状记忆复合材料 |
| 4.2.1 2D金膜复合形状记忆复合材料的制备 |
| 4.2.2 2D金膜复合形状记忆复合材料的退火处理 |
| 4.3 金膜监控基底自由回复过程时的传感机理 |
| 4.3.1 金镀层电阻的响应分析 |
| 4.3.2 金膜的传感机理及其可靠性分析 |
| 4.3.3 金膜的焦耳热驱动基底的形状回复过程 |
| 4.3.4 金膜的焦耳热监控基底的形状回复过程 |
| 4.3.5 金膜复合功能形状记忆复合材料的小结 |
| 4.4 基于3D打印内置电路的反馈-可控形状回复 |
| 4.4.1 形状记忆智能铰的反馈控制原理 |
| 4.4.2 器件的设计与制备 |
| 4.4.3 聚合物的可控形状回复 |
| 4.4.4 存在的问题与未来方向 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 利用纳米压痕法分析形状记忆纳米复合材料的细观增强机理 |
| 5.1 引言 |
| 5.1.1 形状记忆纳米复合材料的力学研究进展 |
| 5.1.2 纳米复合材料的微观变形与本章简介 |
| 5.2 纳米复合材料的制备与测试方法 |
| 5.2.1 纳米复合材料的制备 |
| 5.2.2 测试方法 |
| 5.3 纳米复合材料的测试结果 |
| 5.3.1 基于扫描电子显微镜的形貌分析 |
| 5.3.2 基于动态热机械测试的宏观力学性能分析 |
| 5.3.3 基于纳米压痕测试的微观力学性能分析 |
| 5.4 从微观运动角度分析纳米掺杂的增强机理 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 半晶态聚合物PEEK的三维大变形本构模型 |
| 6.1 引言 |
| 6.1.1 半晶态聚合物PEEK |
| 6.1.2 半晶态聚合物的力学性能 |
| 6.1.3 本章介绍 |
| 6.2 PEEK的两步双向机械性能测试 |
| 6.2.1 试样 |
| 6.2.2 两步双向加载方式 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 单轴拉伸测试 |
| 6.3.2 体积膨胀与空穴增长 |
| 6.3.3 单轴拉伸下的循环载荷 |
| 6.3.4 压缩测试 |
| 6.3.5 实验结果总结 |
| 6.4 考虑损伤的三维大变形本构模型 |
| 6.4.1 孔隙增长的简化 |
| 6.4.2 参考构型与变形分解 |
| 6.4.3 孔洞增长与损伤演化 |
| 6.4.4 非晶本构关系 |
| 6.4.5 结晶本构关系 |
| 6.4.6 稀疏链损伤模型 |
| 6.4.7 能量耗散与热传导 |
| 6.5 模型的离散与参数确定 |
| 6.6 模拟与实验的对比 |
| 6.6.1 单轴拉伸的模拟结果 |
| 6.6.2 拉伸后侧向压缩的模拟结果 |
| 6.6.3 模型讨论 |
| 6.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（6）软硬物质/结构一体化设计的力学行为及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1. 研究背景与意义 |
| 1.2. 研究现状综述 |
| 1.2.1. 生物材料和仿生材料中的软硬一体化设计 |
| 1.2.2. 基于软硬一体化的功能材料和力学超材料设计 |
| 1.2.3. 各种软硬一体化材料/结构的力学行为研究 |
| 1.3. 本文的主要研究工作 |
| 第二章 多孔内核/密实球壳复合结构的力学行为研究 |
| 2.1. 引言 |
| 2.2. 多孔内核/密实球壳(FSS)复合结构的设计 |
| 2.3. FSS结构的建模及计算方法验证 |
| 2.3.1. FSS结构的几何模型建立 |
| 2.3.2. FSS结构的有限元分析模型及验证 |
| 2.4. 压缩载荷作用下FSS结构的力学行为 |
| 2.4.1. 载荷位移曲线 |
| 2.4.2. 等效杨氏模量及理论预测 |
| 2.4.3. 临界屈曲载荷及变形模式 |
| 2.4.4. 临界屈曲载荷的理论预测 |
| 2.4.5. 结构变形模式的理论预测 |
| 2.5. FSS结构的能量吸收特性及评估 |
| 2.5.1. 能量吸收特性 |
| 2.5.2. 吸能特性与变形模式的关系 |
| 2.6. 小结 |
| 第三章 多孔内核/密实球壳复合结构的制备及试验研究 |
| 3.1. 引言 |
| 3.2. 3D打印的可行性分析与尝试 |
| 3.2.1. 3D打印的可行性分析 |
| 3.2.2. 基于FDM技术的结构试制 |
| 3.2.3 试制结构件的压缩试验 |
| 3.3. 多孔/薄壳碳纳米球复合结构的制备 |
| 3.3.1. 制备方法 |
| 3.3.2. 制备成果 |
| 3.4. 多孔/薄壳碳纳米球的压缩试验 |
| 3.4.1. 原位TEM试验方法 |
| 3.4.2. 不同孔结构下的单轴压缩试验 |
| 3.4.3. 等效弹性模量和失效应力 |
| 3.4.4. 循环压缩加载下的弹性特性和吸能特性 |
| 3.5. 多孔/薄壳碳纳米球的有限元建模与分析 |
| 3.5.1. 有限元建模方法 |
| 3.5.2. 不同孔结构的有限元分析与试验对比 |
| 3.5.3. 复合结构几何参数影响分析 |
| 3.6. 小结 |
| 第四章 硬质颗粒/软基体复合材料中的旋转行为研究 |
| 4.1. 引言 |
| 4.2. 硬质颗粒/软基体的简化力学模型 |
| 4.3. 任何形状颗粒的几何描述 |
| 4.3.1. 保角变换方法 |
| 4.3.2. 形状举例 |
| 4.4. 远场应力作用下颗粒旋转的理论解 |
| 4.4.1. 弹性力学复变函数方法 |
| 4.4.2. 基于叠加原理的理论推导 |
| 4.4.3. 几何大变形的考虑 |
| 4.4.4. 单个颗粒旋转的简化显式解 |
| 4.5. 有限元分析验证 |
| 4.5.1. 单个颗粒旋转的验证 |
| 4.5.2. 两个颗粒旋转的验证 |
| 4.5.3. 多个颗粒旋转的验证 |
| 4.6. 关于材料和界面特性的讨论 |
| 4.6.1. 粘弹性基体 |
| 4.6.2. 颗粒非刚性 |
| 4.6.3. 界面滑移和脱粘 |
| 4.7. 小结 |
| 第五章 基于硬质颗粒旋转的复合材料负泊松比效应研究 |
| 5.1. 引言 |
| 5.2. 复合材料中硬质颗粒的旋转 |
| 5.2.1. 颗粒形状对旋转的影响 |
| 5.2.2. 颗粒排布参数对旋转的影响 |
| 5.2.3. 周期性排布对颗粒旋转的影响 |
| 5.3. 复合材料负泊松比变形机理 |
| 5.3.1. 考虑颗粒旋转的复合材料泊松比理论解 |
| 5.3.2. 有限元分析验证 |
| 5.4. 复合材料负泊松比效应的优化设计 |
| 5.4.1. 优化设计问题描述 |
| 5.4.2. 优化设计流程及优化算法 |
| 5.4.3. 优化设计结果 |
| 5.5. 复合材料试件的3D打印及试验研究 |
| 5.5.1. 基于Polyjet技术的试件制造 |
| 5.5.2. 复合材料试件的拉伸试验 |
| 5.5.3. 试验后处理及与有限元对比 |
| 5.5.4. 试件厚度对泊松比的影响 |
| 5.6. 小结 |
| 第六章 硬质颗粒旋转对声子晶体带隙调节的影响研究 |
| 6.1. 引言 |
| 6.2. 声子晶体带隙的理论计算 |
| 6.2.1. 计算方法 |
| 6.2.2. 颗粒形状的影响 |
| 6.2.3. 计算方法验证 |
| 6.3. 拉伸作用下声子晶体带隙的变化 |
| 6.3.1. 不考虑硬质颗粒旋转的情形 |
| 6.3.2. 考虑硬质颗粒旋转的情形 |
| 6.3.3. 颗粒旋转对带隙结构的影响 |
| 6.4. 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1. 全文总结 |
| 7.2. 未来展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 多孔内核/密实球壳复合结构的详细计算结果 |
| 附录B 考虑两个椭圆颗粒时λ_(nm)~(sj)的显式表达 |
| 附录C 硬质颗粒/软基体复合材料的应力场表达 |
| 附录D 第五章中所用有限元建模与分析方法 |
| 附录E 第五章复合材料单胞的等效杨氏模量推导 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
（7）多尺度复合材料力学研究进展（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 多尺度理论分析方法 |
| 1.1 代表单元 |
| 1.2 微纳米尺度相关理论 |
| 1.2.1 Cauchy-Born准则 |
| 1.2.2 非局部理论 |
| 1.3 细观尺度相关理论 |
| 1.3.1 直接等效方法 |
| 1.3.2 基于变分原理的定界法 |
| 1.3.2. 1 Voigt上限与Reuss下限 |
| 1.3.2. 2 Hashin-Shtrikman上、下限 |
| 1.3.2. 3 定界法的发展及应用 |
| 1.3.3 基于夹杂理论的等效方法 |
| 1.3.3. 1 稀疏法 (Dilute Method) |
| 1.3.3. 2 自洽法 (Self-Consistent Method) |
| 1.3.3. 3 广义自洽法 (Generalized Self-Consistent Method) |
| 1.3.3. 4 Mori-Tanaka方法 |
| 1.3.3. 5 微分法 (Differential Scheme) |
| 1.3.3. 6 各种方法的比较及应用 |
| 1.3.4 细观力学强度分析方法 |
| 1.3.4. 1 剪滞理论 |
| 1.3.4. 2 内聚力模型 |
| 1.4 宏观尺度理论 |
| 1.4.1 层合板理论的发展 |
| 1.4.2 强度分析及强度准则 |
| 2 多尺度计算模拟方法 |
| 2.1 基本计算方法介绍 |
| 2.1.1 渐近展开均匀化方法 |
| 2.1.2 胞元法 |
| 2.1.3 Voronoi单元有限元法 (VCFEM) |
| 2.1.4 分子结构力学方法 (MSM) |
| 2.1.5 原子尺度有限元方法 (AFEM) |
| 2.2 非均匀连续介质的多尺度模拟 |
| 2.2.1 顺序多尺度方法 |
| 2.2.2 弱耦合多尺度方法 |
| 2.2.3 强耦合多尺度方法 |
| 2.3 涉及离散体的多尺度模拟 |
| 2.3.1 顺序多尺度方法 |
| 2.3.2 原子模拟与连续介质模拟直接耦合的多尺度方法 |
| 2.3.2. 1 强耦合方法 |
| 2.3.2. 2 弱耦合方法 |
| 2.3.3 基于分子间作用势函数的多尺度方法 |
| 2.3.4 其他方法 |
| 3 多尺度分析方法应用实例 |
| 3.1 纳米复合材料的多尺度分析[375, 414-416] |
| 3.1.1 多层级失效理论分析[375, 414-416] |
| 3.1.2 原子-连续体多尺度数值模拟[375] |
| 3.2 非均质材料冲击损伤的多尺度分析[426] |
| 3.3 随机排布网络结构的多尺度分析[106, 436, 437] |
| 3.3.1 碳纳米管网络的多尺度模型 |
| 3.3.2 关键局部几何特征分析[436] |
| 3.3.3 碳纳米管网络的刚度[436, 437] |
| 3.3.4 碳纳米管薄板的面外弯曲特性分析[106] |
| 3.4 具有多级自相似结构的多尺度分析[313, 446-448] |
| 3.4.1 超级碳纳米管的多尺度分析[313, 447, 448] |
| 3.4.2 分形碳纳米管束的多尺度研究[446] |
| 4 结论和展望 |
（8）准晶材料的接触问题（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的选题背景及意义 |
| 1.1.1 准晶的发现及分类 |
| 1.1.2 准晶的性质及研究意义 |
| 1.2 准晶线弹性理论 |
| 1.2.1 声子场和相位子场的概念 |
| 1.2.2 准晶线弹性理论的研究进展 |
| 1.3 接触问题的概述 |
| 1.3.1 弹性理论的接触问题及边界条件 |
| 1.3.2 准晶接触问题的研究现状 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 本文创新点 |
| 第二章 一维六方压电准晶的无摩擦接触问题 |
| 2.1 基本知识 |
| 2.2 边界条件和积分方程 |
| 2.2.1 边界条件 |
| 2.2.2 积分方程 |
| 2.3 无摩擦接触问题的基本解 |
| 2.3.1 平底圆柱压头 |
| 2.3.2 锥形压头 |
| 2.3.3 球形压头 |
| 2.4 场变量解析表达式 |
| 2.4.1 平底圆柱压头 |
| 2.4.2 锥形压头 |
| 2.4.3 球形压头 |
| 2.5 算例 |
| 2.5.1 耦合系数对外载荷与压入深度关系的影响 |
| 2.5.2 外载荷与压入深度关系 |
| 2.5.3 接触刚度与压入深度的关系 |
| 2.5.4 法向场变量的分布图 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 准晶材料的两类接触问题 |
| 3.1 一维六方准晶的两类接触问题 |
| 3.1.1 一维六方准晶非周期平面的基本理论 |
| 3.1.2 一维六方准晶的有限摩擦接触问题 |
| 3.1.3 一维六方准晶的半平面粘结接触问题 |
| 3.1.4 算例 |
| 3.2 二维十二次对称准晶的两类接触问题 |
| 3.2.1 二维十二次对称准晶的基本理论 |
| 3.2.2 二维十二次对称准晶的有限摩擦接触问题 |
| 3.2.3 二维十二次对称准晶的半平面粘结接触问题 |
| 3.2.4 算例 |
| 3.3 三维二十面体准晶的两类接触问题 |
| 3.3.1 三维二十面体准晶的基本理论 |
| 3.3.2 三维二十面体准晶的有限摩擦接触问题 |
| 3.3.3 三维二十面体准晶的半平面粘结接触问题 |
| 3.3.4 算例 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 准晶材料的周期接触问题 |
| 4.1 一维单斜准晶的周期接触问题 |
| 4.1.1 一维单斜准晶的基本理论 |
| 4.1.2 一维单斜准晶的有限摩擦周期接触问题 |
| 4.1.3 一维单斜准晶的半平面粘结周期接触问题 |
| 4.1.4 结果讨论 |
| 4.2 十次对称二维准晶的周期接触问题 |
| 4.2.1 十次对称二维准晶的基本理论 |
| 4.2.2 二维十次对称准晶的有限摩擦周期接触问题 |
| 4.2.3 二维十次对称准晶的半平面周期粘结接触问题 |
| 4.2.4 算例 |
| 4.3 三维二十面体准晶的周期接触问题 |
| 4.3.1 三维二十面体准晶的有限摩擦周期接触问题 |
| 4.3.2 三维二十面体准晶的半平面周期粘结接触问题 |
| 4.3.3 算例 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 带裂纹准晶材料的无摩擦接触问题 |
| 5.1 带裂纹二维十次对称准晶的无摩擦接触问题 |
| 5.1.1 带裂纹二维十次对称准晶的无摩擦接触问题的提法 |
| 5.1.2 二维十次对称准晶的应力函数 |
| 5.1.3 应力强度因子和压头下方接触应力的分布 |
| 5.1.4 结果讨论 |
| 5.2 带裂纹三维二十面体准晶的无摩擦接触问题 |
| 5.2.1 带裂纹三维二十面体准晶的无摩擦接触问题的提法 |
| 5.2.2 三维二十面体准晶的应力函数 |
| 5.2.3 应力强度因子和压头下方接触应力的分布 |
| 5.2.4 结果讨论 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间完成的学术论文 |
（9）复合材料断裂分析的扩展有限元法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号和缩略词的说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 复合材料断裂的研究目的和意义 |
| 1.2 复合材料断裂问题的研究现状 |
| 1.2.1 解析法 |
| 1.2.2 数值法 |
| 1.3 扩展有限元法研究现状 |
| 1.4 扩展有限元法的基本理论 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第二章 正交异性复合材料热弹性断裂力学的基本理论及方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 正交异性复合材料热弹性断裂力学的基本理论 |
| 2.3 热弹性裂纹/夹杂附加函数 |
| 2.3.1 热弹性各向同性裂纹/夹杂附加函数 |
| 2.3.2 正交异性热弹性裂纹尖端附加函数 |
| 2.4 正交异性热弹性扩展有限元离散方程 |
| 2.5 数值实现 |
| 2.5.1 单元类型及单元节点附加自由度 |
| 2.5.2 附加节点及附加函数类型的选取 |
| 2.5.3 单元子划分及数值积分 |
| 2.6 断裂准则 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 计算应力强度因子的交互积分方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 求解应力强度因子的交互积分法 |
| 3.2.1 求解弹性各向同性材料中线性裂纹问题的交互积分方法 |
| 3.2.2 求解热弹性各向同性材料中线性裂纹问题的交互积分方法 |
| 3.2.3 求解热弹性正交异性材料中线性裂纹问题的交互积分方法 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 正交异性热弹性扩展有限元断裂分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 常热应变作用下均匀正交异性板中心斜裂纹 |
| 4.3 斜边裂纹(具有不同正交异性轴) |
| 4.3.1 网格细度的影响 |
| 4.3.2 高斯积分的影响 |
| 4.3.3 裂尖附加函数的影响 |
| 4.3.4 J积分区域的影响 |
| 4.4 特殊的正交异性(各向同性)热弹性板中心裂纹 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 裂纹和夹杂相互作用问题 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 裂纹和夹杂相互作用问题的研究现状 |
| 5.3 多裂纹和多夹杂相互作用热弹性问题相关控制方程 |
| 5.4 多裂纹和多夹杂热弹性问题扩展有限元离散格式及扩展有限元位移逼近 |
| 5.5 数值算例 |
| 5.5.1 热力载荷作用下单个裂纹和单个圆形夹杂的相互作用问题 |
| 5.5.2 位移控制载荷下一个缺口和多个夹杂(骨料)的相互作用问题 |
| 5.5.3 热力载荷下混凝土材料中多夹杂(骨料)应力应变问题 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 复合材料断裂分析的复变函数方法 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 各向异性板中半无限裂纹平面问题的保角变换解法 |
| 6.2.1 各向异性板平面弹性问题的基本理论 |
| 6.2.2 各向异性复合材料板中半无限裂纹SIFs的保角映射法 |
| 6.3 正交各向异性板周期张开型平行裂纹问题的复变方法 |
| 6.3.1 引言 |
| 6.3.2 力学模型 |
| 6.3.3 周期性张开型裂纹的Westergaard应力函数解 |
| 6.3.4 周期性张开型裂纹尖端应力场 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研项目 |
| 1 学术论文 |
| 2 科研项目 |
（10）两层间的退让接触平面问题（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 接触问题的概念及分类 |
| 1.2 弹性材料接触问题的研究进展 |
| 1.3 功能梯度材料接触问题的研究进展 |
| 1.4 退让接触问题的研究现状 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 第二章 弹性层间的单退让接触问题 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 退让接触问题的公式构建与边界条件 |
| 2.3 求解退让接触问题 |
| 2.4 数值算例 |
| 2.5 结论 |
| 第三章 功能梯度层与弹性层间的单退让接触问题 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 功能梯度层与均匀基底间的单退让问题再讨论 |
| 3.3 退让接触问题的公式构建及边界条件 |
| 3.4 求解退让接触问题 |
| 3.5 数值算例 |
| 3.6 结论 |
| 第四章 功能梯度层与弹性层间的双退让接触问题 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 双退让接触问题的公式构建 |
| 4.3 双退让问题的边界条件及奇异积分方程的构建 |
| 4.4 奇异积分方程的数值解 |
| 4.5 数值算例 |
| 4.6 结论 |
| 第五章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 个人简介 |
四、集中载荷作用下弹性平面刚性夹杂的形状优化（论文参考文献）
- [1]折纸结构和折纸超材料动力学研究进展[J]. 方虹斌,吴海平,刘作林,张琦炜,徐鉴. 力学学报, 2022
- [2]一维和二维准晶中位错与夹杂问题及接触问题研究[D]. 张之国. 宁夏大学, 2021(02)
- [3]多场耦合下细晶粒压电涂层/基底结构界面裂纹的理论研究[D]. 胡帅帅. 太原科技大学, 2020(02)
- [4]含硬夹杂软材料二维力学失效问题研究[D]. 裴鹏宇. 南京航空航天大学, 2019(01)
- [5]记忆聚合物的玻璃化转变本构模型及其复合材料/结构设计[D]. 雷鸣. 哈尔滨工业大学, 2018(01)
- [6]软硬物质/结构一体化设计的力学行为及应用研究[D]. 杨未柱. 西北工业大学, 2018(02)
- [7]多尺度复合材料力学研究进展[J]. 陈玉丽,马勇,潘飞,王升涛. 固体力学学报, 2018(01)
- [8]准晶材料的接触问题[D]. 赵雪芬. 宁夏大学, 2016(02)
- [9]复合材料断裂分析的扩展有限元法研究[D]. 贾红刚. 西北工业大学, 2015(01)
- [10]两层间的退让接触平面问题[D]. 严洁. 宁夏大学, 2014(08)