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任意角度复合材料厚壁管的轴对称问题分析方法

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复合材料学报 2022年第2期39卷 802-811页

作者：顾付伟朱晓磊陆晓峰刘杨方岱宁李鲤南京工业大学机械与动力工程学院南京211816 北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 中国船舰研究设计中心上海201108

提出了一种任意角度复合材料厚壁管的轴对称问题的分析方法。传统的Lekhnitskii理论能够获得普通缠绕层复合材料厚壁管的精确弹性解,但是,当厚壁管内存在0°缠绕层或者各项同性材料层时,该两种特殊层都会出现奇异参数,从而导致特殊层与... 详细信息

提出了一种任意角度复合材料厚壁管的轴对称问题的分析方法。传统的Lekhnitskii理论能够获得普通缠绕层复合材料厚壁管的精确弹性解,但是,当厚壁管内存在0°缠绕层或者各项同性材料层时,该两种特殊层都会出现奇异参数,从而导致特殊层与普通层界面的连续性条件不能被满足。因此,讨论了特殊层存在奇异参数的原因,并对这类参数进行连续性分析和极限计算,从而解决了参数奇异的问题,使Lekhnitskii理论的应用范围扩展到任意缠绕角的复合材料厚壁管。最后,通过有限元计算软件ABAQUS分析了不同复合材料组合管的力学响应,有限元计算结果与改进理论结果基本一致。

关键词：复合材料轴对称问题缠绕角厚壁管理论分析

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轻质多层热防护结构的一体化优化设计研究

力学学报 2011年第2期43卷 289-295页

作者：陈立明戴政谷宇方岱宁清华大学航天航空学院工程力学系北京100084 北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

大面积防热结构在航天航空领域应用广泛,其创新结构设计是关键技术之一.航天飞行器的工作条件要求热防护材料与结构同时具备轻质、隔热、抗冲击的特点,因此热防护材料与结构正在朝着一体化的方向发展.基于这种发展趋势,提出了一种轻质... 详细信息

大面积防热结构在航天航空领域应用广泛,其创新结构设计是关键技术之一.航天飞行器的工作条件要求热防护材料与结构同时具备轻质、隔热、抗冲击的特点,因此热防护材料与结构正在朝着一体化的方向发展.基于这种发展趋势,提出了一种轻质多层热防护结构设计方案.以一体化多层防热结构在航天器再入过程中的传热为研究对象,引入大面积防热结构的一维传热假设,依照航天器再入大气层的温度条件,建立了防热结构一维非稳态传热的物理模型和封闭的控制方程,使用差分方法求解方程,进行一维非稳态的传热分析,并采用商业有限元软件ABAQUS的传热分析进行验证.得到了航天器再入大气过程中多层防热结构的各层温度分布,提出了在满足一定的热约束要求的条件下,以轻质多层热防护结构的总重量为目标函数的优化设计方法,得到了多层结构的最优几何参数,并将优化后的结构进行了有限元承载分析.

关键词：热防护热传导轻质点阵一体化设计

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胞元材料拓扑构型与力学性能的相关性

清华大学学报（自然科学版） 2007年第11期47卷 2072-2075页

作者：范华林方岱宁清华大学航天航空学院

为了进一步探索胞元材料力学性能与材料拓扑构型的相关性,分析了不同二维和三维胞元材料的拓扑构型特征以及材料的模量与强度,得到了拉伸主导型和弯曲主导型胞元材料的力学性能与材料相对密度之间的关系,并对各种构型的力学性能进行了... 详细信息

为了进一步探索胞元材料力学性能与材料拓扑构型的相关性,分析了不同二维和三维胞元材料的拓扑构型特征以及材料的模量与强度,得到了拉伸主导型和弯曲主导型胞元材料的力学性能与材料相对密度之间的关系,并对各种构型的力学性能进行了对比分析。在Deshpande拓扑规则的基础上,由等效连续介质刚度矩阵的非奇异性特征得到了拉伸主导型胞元材料的基本拓扑构型特征。研究表明:平面条件下拉伸主导型胞元材料必须具有3组或3组以上不同方向的连续杆件,而空间状态下拉伸主导型胞元材料必须具有6组或6组以上不同方向的连续杆件。

关键词：胞元材料拓扑构型拉伸主导型弯曲主导型

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热环境对超高温陶瓷材料抗热震性能的影响

力学学报 2008年第1期40卷 40-45页

作者：李卫国方岱宁清华大学航天航空学院北京100084

基于超高温陶瓷材料相关材料参数对温度的敏感性,以现有的抗热震断裂评价理论为基础,通过考虑温度对超高温陶瓷材料物理性能的影响,探讨了热震温度范围内热应力衰减系数、表面热传递系数、热冲击初始环境温度等热环境参数对抗热冲击阻... 详细信息

基于超高温陶瓷材料相关材料参数对温度的敏感性,以现有的抗热震断裂评价理论为基础,通过考虑温度对超高温陶瓷材料物理性能的影响,探讨了热震温度范围内热应力衰减系数、表面热传递系数、热冲击初始环境温度等热环境参数对抗热冲击阻力参数、断裂临界温差和断裂临界温度的影响.

关键词：超高温陶瓷抗热冲击阻力参数表面传热系数衰减系数临界温差

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热膨胀系数可控二维双金属点阵结构

Acta Mechanica Sinica 2022年第7期38卷 192-200,I0005页

作者：许梦川赵则昂王潘丁章一锦郭晓岗雷红帅方岱宁 Beijing Key Laboratory of Lightweight Multi-Functional Composite Materials and Structures Beijing Institute of TechnologyBeijing100081China

热膨胀系数可控的力学超结构,有望显著提高极端热环境下电子器件和光学设备的尺寸稳定性和指向精度.前期针对热膨胀可控力学超结构的设计理论和性能评价方法已开展了大量研究,但如何实现近各向同性可控热膨胀变形和结构高承载特性仍面... 详细信息

热膨胀系数可控的力学超结构,有望显著提高极端热环境下电子器件和光学设备的尺寸稳定性和指向精度.前期针对热膨胀可控力学超结构的设计理论和性能评价方法已开展了大量研究,但如何实现近各向同性可控热膨胀变形和结构高承载特性仍面临诸多挑战.本文提出一种双金属点阵超结构,宏观等效热膨胀系数调控范围为75 ppm/K-−45 ppm/K,宏观等效模量达到80 MPa,建立了考虑双金属材料真实连接边界条件的理论预示模型,可准确预测几何构型与材料组元对结构热变形的影响规律,并通过实验验证了几类典型铝、钛、因瓦合金双金属点阵超结构的可控热变形行为,与传统工程材料相比其性能更加优越.

关键词：因瓦合金热膨胀系数超结构热变形双金属尺寸稳定性光学设备点阵结构

初应力对周期压电-压磁层状结构中SH波传播特性的影响

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工程力学 2010年第11期27卷 184-190页

作者：魏唯一刘金喜方岱宁清华大学工程力学系应用力学实验室北京100084 石家庄铁道学院工程力学系河北石家庄050043

研究了存在初应力时周期压电-压磁层状结构中水平剪切波(SH波)的传播特性,这里SH波的传播方向是垂直于界面的。首先推导了计入初应力效应时压电和压磁介质控制微分方程的通解,然后利用界面条件和周期性条件,得到了显式的频散方程。对于... 详细信息

研究了存在初应力时周期压电-压磁层状结构中水平剪切波(SH波)的传播特性,这里SH波的传播方向是垂直于界面的。首先推导了计入初应力效应时压电和压磁介质控制微分方程的通解,然后利用界面条件和周期性条件,得到了显式的频散方程。对于由BaTiO3和Terfenol-D构成的周期层状结构,数值结果表明了初应力对禁带效应和传播速度的影响,所得结果可为压电-压磁层状结构在声表面波器件中的应用提供理论参考。

关键词：压电-压磁层状结构初应力 SH波频散方程禁带效应

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电磁功能材料的多场耦合实验研究进展

力学与实践 2010年第6期32卷 1-7页

作者：方岱宁裴永茂北京大学工学院

将对电磁功能材料多物理场耦合性能检测技术和设备做一综述介绍,介绍如何在多物理场耦合条件下测试电磁滞回线、蝶形曲线、电磁致伸缩、应力应变曲线和磁电效应等物理力学性能,并介绍电磁功能材料在多物理耦合场作用下的新的实验现象,... 详细信息

将对电磁功能材料多物理场耦合性能检测技术和设备做一综述介绍,介绍如何在多物理场耦合条件下测试电磁滞回线、蝶形曲线、电磁致伸缩、应力应变曲线和磁电效应等物理力学性能,并介绍电磁功能材料在多物理耦合场作用下的新的实验现象,包括铁电材料在多轴电场和双轴力载荷作用下的电滞回线、裂纹尖端的畴变规律、磁致伪弹性、磁致伸缩的"回落"等现象.这对于理解电磁功能材料和结构在耦合场下的变形与断裂机制有重要的意义.

关键词：电磁功能材料多场耦合变形与断裂实验力学

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轻质点阵夹层圆柱壳的设计与分析

清华大学学报（自然科学版） 2012年第4期52卷 489-493页

作者：陈立明戴政范华林方岱宁清华大学工程力学系应用力学教育部重点实验室北京100084 北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

目前,蜂窝夹层和泡沫夹层的圆柱壳比较常见,而具有更高比刚度和比强度的拉伸主导型点阵材料的夹层圆柱壳却鲜有报道。该文对点阵夹层圆柱壳的力学性能进行了研究,利用点阵材料的均质化等效理论,建立了点阵夹层圆柱壳的刚度模型和强度模... 详细信息

目前,蜂窝夹层和泡沫夹层的圆柱壳比较常见,而具有更高比刚度和比强度的拉伸主导型点阵材料的夹层圆柱壳却鲜有报道。该文对点阵夹层圆柱壳的力学性能进行了研究,利用点阵材料的均质化等效理论,建立了点阵夹层圆柱壳的刚度模型和强度模型,并与有限元商业软件的计算结果进行了对比验证。结果表明,拉伸主导型点阵材料作为芯子的圆柱壳具有比传统蜂窝芯子圆柱壳更好的力学性能,相同承载能力下可实现减重25%以上。利用缠绕与二次固化成型工艺,制备了双蒙皮点阵夹层圆柱壳结构。试验表明,该结构的承载力和刚度比国外同等尺寸和重量的网格加筋圆柱壳提高了3倍以上。

关键词：夹层圆柱壳点阵材料力学性能

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铁电复合材料的力电耦合行为

力学与实践 1999年第3期21卷 1-8页

作者：方岱宁江冰清华大学工程力学系破坏力学开放研究实验室北京100084

对铁电复合材料力电耦合行为的研究进行综述．介绍了铁电复合材料的一些基本特点和线性压电有效性能的研究进展．阐述铁电复合材料中由于铁电相的铁电畴变与铁弹畴变以及基体相的弹性、粘弹性和介电弛豫性质所引起的铁电复合材料的非线... 详细信息

对铁电复合材料力电耦合行为的研究进行综述．介绍了铁电复合材料的一些基本特点和线性压电有效性能的研究进展．阐述铁电复合材料中由于铁电相的铁电畴变与铁弹畴变以及基体相的弹性、粘弹性和介电弛豫性质所引起的铁电复合材料的非线性力电耦合行为．介绍了基于细观力学方法对铁电复合材料的本构关系进行研究的一些结果．

关键词：铁电复合材料细观力学本构关系力电耦合