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考虑应变依赖性特征的硬涂层整体叶盘非线性减振分析

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第2期52卷 410-420页

作者：高峰刘秀婷南京信息工程大学滨江学院自动化学院江苏无锡214105 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室辽宁沈阳110819

为了提升整体叶盘在恶劣工况下的运行可靠性,提出一种对叶片附加非线性硬涂层材料的被动阻尼减振方法,并研究具有应变依赖性的涂层整体叶盘的非线性振动特性。首先,利用实验离散数据和高阶多项式描述具有应变依赖性的硬涂层材料的非线... 详细信息

为了提升整体叶盘在恶劣工况下的运行可靠性,提出一种对叶片附加非线性硬涂层材料的被动阻尼减振方法,并研究具有应变依赖性的涂层整体叶盘的非线性振动特性。首先,利用实验离散数据和高阶多项式描述具有应变依赖性的硬涂层材料的非线性力学参数;然后,利用改进的Oberst梁理论和基于正交多项式的Rayleigh-Ritz能量法建立涂层整体叶盘的非线性动力学模型;其次,提出基于Newton-Raphson法的非线性迭代求解流程,研究涂层整体叶盘的非线性振动特性;最后,选择叶片附加非线性NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为实例进行数值分析与实验测试。研究结果表明:在使整体叶盘固有频率变化不大的前提下,硬涂层可以有效抑制其振动响应峰值,而应变依赖性则进一步加强了硬涂层材料对整体叶盘的振动控制。

关键词：整体叶盘硬涂层材料应变依赖性 Newton-Raphson法非线性振动特性

考虑应变依赖性的硬涂层圆柱壳振动特性有限元分析

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振动与冲击 2018年第12期37卷 17-22,40页

作者：张月孙伟东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

硬涂层材料的应变依赖性使分析硬涂层圆柱壳的振动特性成为一项具有挑战性的研究任务。通过自编有限元程序来解决考虑应变依赖性的硬涂层圆柱壳振动特性计算问题;在用多项式表征硬涂层材料应变依赖性的前提下,研发出一种4节点36自由度... 详细信息

硬涂层材料的应变依赖性使分析硬涂层圆柱壳的振动特性成为一项具有挑战性的研究任务。通过自编有限元程序来解决考虑应变依赖性的硬涂层圆柱壳振动特性计算问题;在用多项式表征硬涂层材料应变依赖性的前提下,研发出一种4节点36自由度的复合单元来描述硬涂层圆柱壳结构,并确定了该单元的质量、刚度矩阵以及基础激励作用下的单元所受的载荷向量;在确定等效应变的基础上,提出了利用Newton-Raphson法求解硬涂层圆柱壳非线性振动响应及共振频率的计算流程;以Ni Co Cr Al Y+YSZ硬涂层圆柱壳为对象进行了实例研究,对其线性和非线性振动特性进行求解,其中将线性计算结果与ANSYS求解结果进行了比对以初步说明研发程序的合理性。硬涂层圆柱壳的非线性计算结果显示:随着激励幅度的增加,硬涂层圆柱壳显示软式非线性特点。

关键词：硬涂层复合圆柱壳应变依赖性振动分析有限元分析

Nb3Sn超导股线临界特性的应变依赖性及标度关系研究

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Nb3Sn超导股线临界特性的应变依赖性及标度关系研究

作者：王哲兰州大学

学位级别：硕士

A15相Nb3Sn超导股线因其具有良好的超导性能,被广泛应用于多种大尺度的高场超导磁体(大于13T)中。然而,由于Nb3Sn的超导临界特性(临界温度cT、上临界场c2B、临界电流cI)强烈依赖于应变,因此在发生应变时,磁体系统会发生性能退化。这些... 详细信息

A15相Nb3Sn超导股线因其具有良好的超导性能,被广泛应用于多种大尺度的高场超导磁体(大于13T)中。然而,由于Nb3Sn的超导临界特性(临界温度cT、上临界场c2B、临界电流cI)强烈依赖于应变,因此在发生应变时,磁体系统会发生性能退化。这些应变通常来源于系统冷却过程中的机械载荷(由于复合材质中热收缩的差异)以及操作(由于产生洛伦兹力)。因此,了解超导临界参数的应变依赖性至关重要,尤其是临界电流。标度关系(标度律)是描述临界电流密度随磁场、温度、应变关系的基本理论。计算Nb3Sn超导股线中的临界电流密度的关键是标度理论中描述应变依赖性的“应变依赖函数”。在过去的几十年,许多从理论或实验角度提出的标度依赖函数模型被广泛提出。然而,目前还没有一种公认的模型能从理论和实验两方面都能很好的诠释上临界场的应变依赖性。本文根据Migdal-Eliashberg理论并结合第一性原理计算结果首先给出了最常见的单轴应变状态下应变依赖标度模型的简单表征形式。从Mc Millan方程出发,通过平均声子频率和电声耦合参数,得到了将单轴应变a?联系到临界温度cT的方法。由于平均声子频率ln?和电声耦合参数?随单轴应变a?的“钟形”变化关系可用抛物关系近似,根据Mc Millan方程将临界温度cT和单轴应变a?联系起来。再根据上临界场和临界温度的关系,进而得到上临界场c2B随单轴应变的变化关系(本文应变值均以百分比表示)。通过这种方法,得到了新的Nb3Sn的应变依赖函数以及标度律。按照应变张量不变量观点,根据临界温度、平均声子频率、电声耦合参数分别随应变变化关系的一致性,得到了应变依赖函数的新全量不变量模型。全量不变量模型和二次模型都能很好拟合不同规格Nb3Sn股线的实验测量结果,并且与其他已有标度模型相比,具有更简单的表达形式。此外,全量不变量模型对上临界场c2B随应变的测量结果具有更好的外推能力。此外,本文还应用有限元方法研究了Nb3Sn超导股线在受到横向载荷作用下的力学性能。考虑了压元接触面形状对股线力学性能的影响,并对超导股线内部的Nb3Sn超导丝域精细化程度进行了研究,找到了对股线建模的优化方法,并最终验证了提出的两种应变依赖标度模型。

关键词： Nb3Sn 临界电流标度律应变依赖性 Mc Millan方程第一性原理二次模型全量不变量模型有限元方法横向载荷

具有频率-应变依赖性的碳纤维增强复合材料的非线性动力学分析：实验与理论研究

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具有频率-应变依赖性的碳纤维增强复合材料的非线性动力学分析：...

第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2023）

作者：刘晓峰孙伟

为了研究碳纤维增强复合材料非线性的材料性质及其对结构振动特性的影响,本文进行了相应的实验测试和理论仿真。首先,本文以3种碳纤维单向复合材料梁为被测试件,搭建了一种基于共振法的振动测试系统并测试了碳纤维增强复合材料的频率依... 详细信息

为了研究碳纤维增强复合材料非线性的材料性质及其对结构振动特性的影响,本文进行了相应的实验测试和理论仿真。首先,本文以3种碳纤维单向复合材料梁为被测试件,搭建了一种基于共振法的振动测试系统并测试了碳纤维增强复合材料的频率依赖性和应变依赖性。该测试捕捉了碳纤维增强复合材料在振动载荷下相关力学参数随频率和应变的变化。通过试验数据处理和数值拟合获取的复合材料相关力学参数的频率-应变依赖性曲面以及表达式从数值上呈现了该材料的非线性材料性质。之后,将获得的这些频率-应变依赖性表达式引入到两块具有不同纤维交替铺设模式的碳纤维增强复合材料板的数值模型中。复合材料板的固有特性以及振动响应的数值分析结果与相应的实验测试结果的比较验证了描述这两种依赖特征的表达式的正确性和适用性。显然,借助于实验明确碳纤维增强复合材料的力学参数随频率和应变变化的规律,对碳纤维增强复合结构的设计具有指导意义。

关键词：碳纤维增强复合材料频率依赖性应变依赖性非线性半解析建模

来源： cnki会议评论

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钢/锌复合材料阻尼性能研究

材料工程 2006年第z1期34卷 360-365页

作者：吴坪安曹占义包晓军孙喜良吉林大学汽车材料教育部重点实验室

采用复合铸造法制备了钢/锌复合材料研究其阻尼性能。在拉伸条件下分析其阻尼机制以及拉伸过程中材料的变形行为;在循环条件下测试其阻尼性能与应变幅值的关系;通过衰减实验测试其阻尼性能与材料的几何性质的关系;同时,在三种实验条件... 详细信息

采用复合铸造法制备了钢/锌复合材料研究其阻尼性能。在拉伸条件下分析其阻尼机制以及拉伸过程中材料的变形行为;在循环条件下测试其阻尼性能与应变幅值的关系;通过衰减实验测试其阻尼性能与材料的几何性质的关系;同时,在三种实验条件下对比钢/锌复合材料和单相钢和锌的阻尼性能。实验结果表明,钢/锌复合材料较钢改善了阻尼性能,较锌则提高了刚度和强度;钢及钢/锌复合材料的阻尼性能具有应变依赖性;复合材料的几何特性对其阻尼性能有一定的影响。

关键词：应变依赖性摩擦阻尼位错阻尼界面阻尼

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硬涂层梁及板复合结构动力学建模与分析

硬涂层梁及板复合结构动力学建模与分析

作者：刘营东北大学

学位级别：硕士

硬涂层是由金属基和陶瓷基做成的涂层材料,主要应用于结构件的热障、抗摩擦、抗腐蚀等。最近的研究发现,硬涂层还具有阻尼减振效果,且特别适用于对动力装备中的薄壳结构(例如叶片、圆柱壳体等)进行减振。为了有效实施硬涂层阻尼减振,需... 详细信息

硬涂层是由金属基和陶瓷基做成的涂层材料,主要应用于结构件的热障、抗摩擦、抗腐蚀等。最近的研究发现,硬涂层还具有阻尼减振效果,且特别适用于对动力装备中的薄壳结构(例如叶片、圆柱壳体等)进行减振。为了有效实施硬涂层阻尼减振,需要创建硬涂层复合结构的动力学模型来分析硬涂层的减振机理。但是,作为一种新兴的减振技术,这方面的研究还很不充分。对硬涂层阻尼减振机理认识不清已严重限制了硬涂层阻尼减振技术的发展。本文以涂敷硬涂层的梁及薄板为研究对象,在科学引入硬涂层材料力学特点的基础上,研究硬涂层复合结构动力学建模的方法,具体研究内容体现在如下四方面：首先,基于复合梁理论对基础激励作用下硬涂层悬臂梁复合结构进行振动特性分析。利用复模量理论,将硬涂层的参数引入到结构动力学方程中,建立了基础激励作用下该复合结构的解析分析模型,并用有限元法验证了分析模型的正确性。继而,基于所创建的模型,研究了硬涂层杨氏模量、损耗因子、厚度等参数对复合梁的动力学特性的影响规律。然后,基于复合板理论对基础激励作用下硬涂层悬臂板复合结构进行振动特性分析。利用复模量理论来引入硬涂层的参数,利用双向梁函数组合法建立了基础激励作用下该复合件的拉格朗日方程,得到了求解固有特性和振动响应的解析表达式。用有限元法验证了分析模型的正确性,在此基础上,用该解析模型分析了硬涂层杨氏模量、损耗因子、厚度等参数对复合板的动力学特性的影响规律。再则,硬涂层材料的力学特性参数会随着激励幅度的不同而发生改变,即表现为应变依赖性。硬涂层材料的非线性致使硬涂层复合结构也表现出非线性的力学特点。这里在考虑硬涂层材料应变依赖性的前提下,提出采用迭代有限元来分析硬涂层复合结构动力学特性的方法,确定了合理的分析流程。然后分别以硬涂层梁和硬涂层板为实例进行了分析,并用实验校验了分析的正确性。最后,同样考虑硬涂层材料的应变依赖性,对硬涂层悬臂梁结构进行解析分析,创建了该复合梁结构的非线性动力学方程。进一步,提出利用逐步迭代法和Newton-Raphson法来求解硬涂层复合梁的固有频率和定频响应的方法以及计算流程。实例分析表明,用所提出的方法获得的固有频率和定频响应值与有限元计算基本一致,从而证明了该解析分析模型的正确性。本文可为在硬涂层减振研究中,选择与制备硬涂层材料提供参考,为进一步深入研究硬涂层的阻尼减振机理提供参考,也可为硬涂层减振技术在动力装备薄壳结构上推广应用提供支持。

关键词：硬涂层梁硬涂层板复合结构动力学建模应变依赖性拉格朗日方程

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纤维增强复合材料圆锥壳非线性振动分析

纤维增强复合材料圆锥壳非线性振动分析

作者：许沛尧东北电力大学

学位级别：硕士

纤维增强复合材料层合结构是一种由纤维布交替铺设而成的新型复合材料结构,其具有纤维增强复合材料比强度和比模量高、耐腐蚀、重量轻等诸多优点。基于上述优点,由纤维增强复合材料所制成的层合截锥壳被广泛应用在航空、航天领域。由于... 详细信息

纤维增强复合材料层合结构是一种由纤维布交替铺设而成的新型复合材料结构,其具有纤维增强复合材料比强度和比模量高、耐腐蚀、重量轻等诸多优点。基于上述优点,由纤维增强复合材料所制成的层合截锥壳被广泛应用在航空、航天领域。由于该类结构经常服役在强振动、冲击、高温等恶劣工况下,容易出现振动超标、结构损伤、动态疲劳破坏等事故。因此,必须对其振动特性进行有效的预测及溯源。但就目前研究来看,由于纤维增强复合材料的材料特性,使其在复杂载荷下易出现明显的非线性行为,这导致了由纤维增强复合材料所制成的截锥壳结构在复杂载荷下的振动特性分析还不完善,因此,有必要继续研究该类型结构的非线性振动问题,特别是建立合适的理论模型来描述其多种非线性振动现象。本论文结合解析建模与实验测试手段,以典型纤维增强截锥壳为研究对象,对该类型结构的振动特性进行了系统性研究。特别是考虑了材料非线性与几何非线性的影响,主要研究成果如下:(1)根据纤维层之间的应力应变关系,基于经典层合壳理论,建立了纤维增强复合圆锥壳的线性振动特性分析模型。利用能量法、正交多项式法和双向梁函数法,推导了纤维增强截锥壳的线性振动微分方程,求解了结构的线性固有频率和模态振型。同时,采用模态叠加法和应变能法求解了纤维增强截锥壳的线性振动响应和模态阻尼比,并通过粒子群法迭代求解了与阻尼相关的损耗因子。讨论了截锥壳的几何参数对结构系统线性振动特性的影响规律,为之后的非线性振动问题研究奠定了基础。(2)考虑了纤维增强复合截锥壳中基体材料的应变依赖性影响,基于JonesNelson材料非线性理论和复模量理论,推导了结构的非线性材料参数,建立了相应考虑材料非线性的振动特性分析理论模型。利用粒子群算法及传统的二分算法,辨识了结构的非线性材料参数。研究了纤维增强复合截锥壳中不同参数对其材料非线性振动特性的影响规律。讨论了不同结构几何参数对结构材料非线性的影响。通过对比计算与实验的结果可以发现,所建立的解析模型可以很好的预测结构的材料非线性现象。所研究结构在考虑应变依赖性时的固有频率、共振响应和模态阻尼比的最大计算误差均小于不考虑应变依赖性时相应的最大计算误差。因此,在计算过程中,应考虑纤维材料的应变依赖性。(3)在面对大振幅时,纤维增强复合截锥壳中存在明显的几何非线性问题,在相应的材料非线性振动模型基础上,基于von Kármán大变形理论,推导了本构关系,建立同时考虑材料非线性和几何非线性时,纤维增强截锥壳的振动模型。通过能量法、应变能法以及粒子群优化算法法求解了相应的非线性振动特性。讨论了大振幅振动时,不同结构参数对同时考虑两种非线性对结构振动特性的影响规律。研究表明,随着振动响应的增大,结构的几何非线性现象会逐渐增强。此外,在大振幅振动时,结构中的材料非线性和几何非线性对于振动特性的影响都十分明显,其中考虑两种非线性时计算与实验间固有频率,共振响应和模态阻尼比的最大误差都小于仅考虑材料非线性时相应的误差。因此,需要同时考虑两种非线性的影响。而对于小振幅的振动,结构中的几何非线性影响非常弱,考虑两种非线性时计算与实验间固有频率,共振响应和模态阻尼比的最大误差与仅考虑材料非线性时相应的误差区别很小。因此在大振幅的振动中,应同时考虑两种非线性对于结构振动特性的影响。而在小振幅振动中,结合计算精度和效率,只需考虑材料非线性即可。(4)为了验证上述所有的线性与非线性振动模型的正确性,搭建了相应的实验测试系统。采用模态测试与扫频测试技术,对纤维增强截锥壳结构中的各种线性及非线性振动特性进行了测试。所有测试结果与相应的计算结果有很好的一致性。通过本文的研究,可以对纤维增强截锥壳结构非线性振动分析的理论与方法进行完善,可为应用上述材料结构关键部件的振动分析、动态设计以及减振抗疲劳设计提供重要的理论与技术支撑。

关键词：纤维增强复合材料截锥壳非线性振动特性应变依赖性幅值依赖性

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钢/锌复合材料的结构设计与阻尼性能

钢/锌复合材料的结构设计与阻尼性能

作者：吴坪安吉林大学

学位级别：硕士

采用铸造法制备16Mn钢/锌层状抗震复合材料。根据理论力学、材料力学相关原理对其几何结构跟结构损耗因子的对应关系进行推导;在单向拉伸、循环拉压、振动衰减实验条件下验证复合材料的阻尼性能;采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X... 详细信息

采用铸造法制备16Mn钢/锌层状抗震复合材料。根据理论力学、材料力学相关原理对其几何结构跟结构损耗因子的对应关系进行推导;在单向拉伸、循环拉压、振动衰减实验条件下验证复合材料的阻尼性能;采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等研究16Mn钢/锌复合材料的显微组织和用SEM和EDS对16Mn钢/锌复合材料的界面层进行分析,研究界面组织特性等对阻尼性能的影响。对16Mn钢/锌层状抗震复合材料进行设计得出:复合材料的结构损耗因子只跟复合材料的各层的厚度比及各组成材料的损耗因子有关。钢/锌复合材料通过摩擦阻尼、位错阻尼、界面阻尼等三种主要阻尼机制作用使复合材料在拉伸过程中产生阻尼耗能。钢和钢/锌复合材料的阻尼性能均具有应变依赖性;在±0.5%、±1%应变下,钢/锌复合材料滞后环的面积较大,其阻尼性能优于16Mn钢;对于±1.5%应变,阻尼性能低于钢。锌层数增多,钢/锌复合材料的衰减率也增加。16Mn钢/锌复合材料的界面层是Fe、Zn两种元素相互扩散而形成的铁锌化合物Γ-Fe11Zn40,δp-FeZn7、μ-FeZn10和ζ-FeZn13。

关键词：摩擦阻尼界面阻尼位错阻尼滞后环应变依赖性对数衰减率结构损耗因子弯曲刚度

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炭黑填充橡胶Payne效应的实验研究

炭黑填充橡胶Payne效应的实验研究