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计及表面效应的面心立方纳米板弹性性能分析

应用力学学报 2022年第5期39卷 938-946页

作者：向品洁聂国华同济大学航空航天与力学学院上海200092

基于能量原理建立了面心立方纳米板的拟连续介质力学模型,分析了考虑表面原子弛豫影响的面心立方纳米板的弹性常数。该模型假设纳米板沿厚度方向是离散的,但沿面内方向是连续的。基于通过计算最相近原子对和次相近原子对之间的相互作用... 详细信息

基于能量原理建立了面心立方纳米板的拟连续介质力学模型,分析了考虑表面原子弛豫影响的面心立方纳米板的弹性常数。该模型假设纳米板沿厚度方向是离散的,但沿面内方向是连续的。基于通过计算最相近原子对和次相近原子对之间的相互作用,获得了材料变形势能。给出了面心立方纳米板的弹性模量和泊松比的解析表达式,结果反映了表征表面效应的驰豫系数的影响。以金属铱为例,通过算例阐述了不同弛豫下弹性常数随厚度的变化,分析了纳米板的弹性模量和泊松比的尺寸效应。

关键词：面心立方纳米板拟连续介质力学模型弹性常数表面效应尺寸效应

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低温下含分层复合材料层合板渗漏问题研究

华中科技大学学报(自然科学版) 2022年

作者：聂国华徐宏宇沈峰同济大学航空航天与力学学院上海复合材料科技有限公司

针对含有横向基体裂纹与贯穿型分层的复合材料层合板，建立了一个四子域的二维力学模型，利用一阶剪切变形理论（FSDT），并结合连续性条件和边界约束条件获得拉伸载荷作用下与裂纹密度与分层长度相关的分层裂纹张开口位移（DCOD）的理...

针对含有横向基体裂纹与贯穿型分层的复合材料层合板，建立了一个四子域的二维力学模型，利用一阶剪切变形理论（FSDT），并结合连续性条件和边界约束条件获得拉伸载荷作用下与裂纹密度与分层长度相关的分层裂纹张开口位移（DCOD）的理论解。运用COMSOL进行有限元建模计算，验证了理论解的精确性。利用获得的DCOD解，通过达西定律给出了氦气通过复合材料层合结构的渗透方程，最终确定了氦气经过结构的渗漏率。同时，采用经典的热压法，制备了预埋一定裂纹密度与分层长度的T700碳纤维增强体/环氧树脂基复合材料层合结构，并利用一台高真空系统进行了渗漏实验。结果表明，在渗漏率保持小于10Pa·m/s水平上，理论与实验结果相吻合。本文模型对于分析航天低温贮箱的渗漏规律具有重要参考价值。

关键词：

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激光辐照下CFRP层合板的烧蚀与强度分析

力学季刊 2022年第4期43卷 771-781页

作者：熊刘结王家伟聂国华同济大学航空航天与力学学院上海200092 西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室陕西西安710024

本文以激光辐照下(Carbon Fiber Reinforced Polymer)层合板的烧蚀为基础,进行了激光-机械载荷联合作用下层合板的破坏与强度分析.建立了激光烧蚀模型,确定了在不同强度激光辐照下层合板前后表面以及沿厚度方向的温度场,并通过激光辐照... 详细信息

本文以激光辐照下(Carbon Fiber Reinforced Polymer)层合板的烧蚀为基础,进行了激光-机械载荷联合作用下层合板的破坏与强度分析.建立了激光烧蚀模型,确定了在不同强度激光辐照下层合板前后表面以及沿厚度方向的温度场,并通过激光辐照实验验证了有限元模拟的精度.进一步,根据烧蚀模型和桥联模型,编写了基于Abaqus平台的UMAT子程序,计算获得了激光辐照下CFRP层合板的破坏时间以及拉伸应力应变关系,预测了激光强度和辐照时间等对CFRP层合板拉伸强度的影响规律.本文提出的模型和计算方法对于激光辐照引起烧蚀的复合材料层合结构的强度分析和结构设计具有重要参考价值.

关键词：碳纤维增强复合材料激光烧蚀温度场桥联模型拉伸强度

4D打印负泊松比聚乳酸心脏支架的体外性能研究

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力学季刊 2023年第4期44卷 803-813页

作者：徐岩松李辰喆赵莹聂国华同济大学航空航天与力学学院上海200092

冠心病等心血管疾病的发病率逐年提高,血管支架使用率大幅提升.聚乳酸等形状记忆聚合物生物相容性较好、具有一定生物降解特性,可以用于制备新型心脏支架.心脏支架需要收缩时体积尽可能小,且膨胀时足以撑开堵塞的血管,因此需要具有负泊... 详细信息

冠心病等心血管疾病的发病率逐年提高,血管支架使用率大幅提升.聚乳酸等形状记忆聚合物生物相容性较好、具有一定生物降解特性,可以用于制备新型心脏支架.心脏支架需要收缩时体积尽可能小,且膨胀时足以撑开堵塞的血管,因此需要具有负泊松比特性.本文基于聚乳酸的力学和形状记忆性能,设计了不同截面胞数的凹六边形负泊松比心脏支架模型,使用4D打印熔融沉积成型技术对其制备,并对血管支架模型的力学性能、形状记忆性能及血管支撑性能等进行测试,分析了支架的不同构型对支架体外性能的影响.同时,进行了有限元数值模拟,弹性模量和泊松比计算结果与实验相吻合.本文提出的模型对于通过4D打印的方式构建在临床上可用的新型血管支架具有重要参考价值.

关键词：形状记忆聚合物心脏支架 4D打印聚乳酸负泊松比

曲率模态和小波包变换在结构损伤识别中的应用

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振动与冲击 2008年第1期27卷 124-126页

作者：王振林聂国华同济大学航空航天与力学学院上海200092

小波包变换相比传统的Fourier变换,对非平稳信号分析具有良好的特性。利用小波包变换的特性,根据曲率模态损伤检测原理提出了一种基于小波包组分能量变化率作为损伤指标的分析方法。通过一简支梁结构的数值模拟,表明该方法对于判定损伤... 详细信息

小波包变换相比传统的Fourier变换,对非平稳信号分析具有良好的特性。利用小波包变换的特性,根据曲率模态损伤检测原理提出了一种基于小波包组分能量变化率作为损伤指标的分析方法。通过一简支梁结构的数值模拟,表明该方法对于判定损伤存在和确定损伤位置是有效的。

关键词：小波包变换损伤识别曲率模态

含有压电层的各向同性圆柱壳结构的双稳态特性分析

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力学季刊 2014年第1期35卷 10-21页

作者：王斌聂国华同济大学航空航天与力学学院上海200092

分析了上下表面含有压电层材料的各向同性壳体结构的双稳态特性.通过分析壳体结构内力与中面应变和柱壳曲率增量之间的关系,建立了含有压电材料的各向同性弹性柱壳的力学模型,推导给出了结构系统的弹性应变能的数学表达式.根据最小势能... 详细信息

分析了上下表面含有压电层材料的各向同性壳体结构的双稳态特性.通过分析壳体结构内力与中面应变和柱壳曲率增量之间的关系,建立了含有压电材料的各向同性弹性柱壳的力学模型,推导给出了结构系统的弹性应变能的数学表达式.根据最小势能原理推导出实现圆柱壳双稳态的条件方程.结果表明,柱壳双稳态特性与结构系统初始曲率及电场作用形式有关.当满足一定条件时,柱壳具有双稳态,其对应于第二个平衡状态,即柱壳的第二个(卷曲)稳定状态.同时,建立了含有压电材料各向同性壳体结构的有限元模型,对其卷曲过程进行了数值模拟,获得了结构系统稳态卷曲半径和应力分布.理论与数值模拟结果的比较验证了理论模型的正确性.

关键词：双稳态各向同性圆柱壳压电应变能卷曲半径有限元

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金属薄壁圆管弯扭大变形行为研究

工程力学 2000年第A1期1卷 399-403页

作者：石嵘聂国华同济大学固体力学教育部重点实验室

本文探讨金属薄壁圆管在弯扭组合作用下的大变形问题，利用实验方法、数值方法对管在弯扭组合作用下的大变形行为进行研究。实验分析中通过设计的装置使金属圆管承受变扭组合作用，测量变扭比分别为∝，２，４／３，１，０时的载荷奉琢... 详细信息

本文探讨金属薄壁圆管在弯扭组合作用下的大变形问题，利用实验方法、数值方法对管在弯扭组合作用下的大变形行为进行研究。实验分析中通过设计的装置使金属圆管承受变扭组合作用，测量变扭比分别为∝，２，４／３，１，０时的载荷奉琢对应位移值，并绘制载荷－位移曲线图：数值分析中针对实验使用的管梁结构通过应用程序ＡＮＳＹＳ进行求解，并绘制载荷－位移曲线图；最后将二种分析结果进行比较分析，得结论。

关键词：金属壁圆管弯曲扭转大变形屈曲圆柱壳

基于不同板理论的嵌于柔性层中薄膜的皱曲分析

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固体力学学报 2021年第1期42卷 77-86页

作者：邵国航聂国华同济大学航空航天与力学学院上海200092

论文对于柔性层-薄膜-柔性层三层结构系统,基于经典板理论、一阶剪切变形理论和高阶剪切变形理论,分别推导给出薄膜皱曲的控制方程.对于两个柔性层,则把它们处理成具有有限厚度的平面应变弹性体.针对上下柔性层固支边界或自由边界条件,... 详细信息

论文对于柔性层-薄膜-柔性层三层结构系统,基于经典板理论、一阶剪切变形理论和高阶剪切变形理论,分别推导给出薄膜皱曲的控制方程.对于两个柔性层,则把它们处理成具有有限厚度的平面应变弹性体.针对上下柔性层固支边界或自由边界条件,利用线性扰动方法得到柔性层对薄膜的横向压力差,最终获得确定薄膜具有周期性正弦型皱曲的临界载荷方程.同时,对结构系统建立了有限元数值模型,通过模拟结果与三种板理论的结果进行了比较,验证了理论解的精确性和适用性.最后,进行了参数和极限情况分析,阐述了上下层边界条件、薄膜和柔性层的材料和几何参数对临界值的影响.

关键词：柔性层-薄膜-柔性层结构板理论皱曲线性扰动分析有限元模拟

受横向冲击波作用的圆柱壳动态响应的分析与计算

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工程力学 1996年第A3期13卷 613-618页

作者：聂国华

本文分析了冲击波作用下无限长圆柱壳的动力响应问题，通过引入与时间相关的广义变量，得到问题的控制方程，并获得动力方程的Ｄｕｈａｍｅｌ积分解，提出了载荷时分布的一个处理方法，进一步对指数脉冲波和三角形脉冲波两种载荷形式，... 详细信息

本文分析了冲击波作用下无限长圆柱壳的动力响应问题，通过引入与时间相关的广义变量，得到问题的控制方程，并获得动力方程的Ｄｕｈａｍｅｌ积分解，提出了载荷时分布的一个处理方法，进一步对指数脉冲波和三角形脉冲波两种载荷形式，给出了一些解析形式的特征时间积分结果，最后进行了算例分析。

关键词：圆柱面壳冲击波动态响应