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机械工程学报 2011年第19期47卷 116-122页

作者：罗阳军王彦飞岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

利用凸模型描述和非概率可靠性的量化定义,研究存在材料属性、几何及荷载不确定性的双材料结构拓扑优化问题。基于扩展的相对密度惩罚方法,建立优化模型为给定材料体积约束下,同时满足可靠性要求的连续型极小极大优化问题,以寻找两种不... 详细信息

利用凸模型描述和非概率可靠性的量化定义,研究存在材料属性、几何及荷载不确定性的双材料结构拓扑优化问题。基于扩展的相对密度惩罚方法,建立优化模型为给定材料体积约束下,同时满足可靠性要求的连续型极小极大优化问题,以寻找两种不同实心材料的最优联合材料分布布局。采用序列近似规划策略,结合不确定参数直接迭代公式和移动渐近线方法来求解该极小极大优化问题。该方法可把原问题转化为一系列近似的确定性优化问题,从而极大减少了计算量。数值研究表明,存在的不确定性可能对双材料结构的最优联合布局产生较大影响,优化模型和数值算法为双材料结构拓扑设计提供了一个有效途径。

关键词：双材料结构拓扑优化非概率序列近似规划

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双材料界面裂纹应力强度因子的无网格分析

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航空材料学报 2002年第4期22卷 31-35页

作者：娄路亮曾攀清华大学机械工程系北京100084

应用改进的无网格方法对双材料界面裂纹进行了分析,积分区域采用基于节点的Voronoi图,通过在裂纹尖端加密节点提高位移场的计算精度,采用位移外插法确定出应力强度因子,避免了应力场的奇异性和振荡性。本文对由环氧树脂和铝环氧树脂组... 详细信息

应用改进的无网格方法对双材料界面裂纹进行了分析,积分区域采用基于节点的Voronoi图,通过在裂纹尖端加密节点提高位移场的计算精度,采用位移外插法确定出应力强度因子,避免了应力场的奇异性和振荡性。本文对由环氧树脂和铝环氧树脂组成的双材料进行分析,对比了均匀离散、均匀细化和局部细化三种不同模型,通过与光弹性实验结果比较可知,采用裂纹尖端局部细化的模型计算量低并且计算效果好,其计算结果与实验结果基本吻合。

关键词：界面裂纹应力强度因子无网格分析双材料结构

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基于数值模拟的弹性—蠕变双材料界面应力分析

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机械强度 2009年第3期31卷 497-502页

作者：陈清琦轩福贞涂善东华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

利用ABAQUS大型有限元程序,对比分析线弹性和蠕变两种情况下Silicon/epoxy弹性—蠕变双材料界面应力分布问题。分析结果表明,界面边缘处存在严重的剪应力和剥离应力集中;边缘对齐结构的界面剪应力和剥离应力集中要小于边缘不对齐的情况... 详细信息

利用ABAQUS大型有限元程序,对比分析线弹性和蠕变两种情况下Silicon/epoxy弹性—蠕变双材料界面应力分布问题。分析结果表明,界面边缘处存在严重的剪应力和剥离应力集中;边缘对齐结构的界面剪应力和剥离应力集中要小于边缘不对齐的情况;随着基体厚度增大,界面剪应力和剥离应力均减小;当基体与薄膜的厚度比增大到临界值时,剥离应力将反向,此时剥离应力的绝对值随着厚度比的增大而增大;蠕变会导致界面边缘附近剪应力和剥离应力松弛,且薄膜的蠕变指数和系数越大,蠕变松弛效应越明显,随时间增大,边缘附近界面上的应力逐渐趋近于零。

关键词：双材料结构蠕变界面应力有限元

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三维可控热膨胀有序多孔结构设计及其性能表征

三维可控热膨胀有序多孔结构设计及其性能表征

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作者：陈鼎铭哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

因热变形而导致的精度误差问题在许多航天结构中一直存在,本文主要的研究目的是基于结构功能一体化的思想,设计得到应用于航空航天等领域的可调控热膨胀超结构,使其既能达到零/负热膨胀的设计要求,又具有良好的力学性能。本文主要研究... 详细信息

因热变形而导致的精度误差问题在许多航天结构中一直存在,本文主要的研究目的是基于结构功能一体化的思想,设计得到应用于航空航天等领域的可调控热膨胀超结构,使其既能达到零/负热膨胀的设计要求,又具有良好的力学性能。本文主要研究内容包括可调控热膨胀结构设计、分析、性能评价等部分。针对现有的零/负热膨胀超结构的相关研究,整理得到了结构中影响热变形效果的主要应力形式,以及热应力的分析方法。为之后的可调热膨胀结构设计提供了指导。为了设计三维负热膨胀结构,本文基于弯曲主导型负热膨胀平面点阵,以引入局部压扭结构的方式,提出了一种具有负热膨胀效应的三维点阵设计方法。完成了三方立体点阵和四方立体点阵的设计,系统地推导了三维负热膨胀结构的刚度及热变形理论。对四方点阵和三方点阵的仿真计算表明此类结构可实现较大范围的负热膨胀。以往的零/负热膨胀超结构设计中普遍存在的问题是结构内热应力水平过高。通过分析避免产生热应力的方法,提出了“C”型双材料复合杆的设计,可以由此实现低热膨胀和负热膨胀。提出了基于此类复合杆的几何设计准则,并构建出可以周期性阵列的单胞。在负热膨胀超结构相关研究中,往往只关注均匀温度场情况下结构的热变形,本文则证明了此类复合杆设计在非均匀温度场下热膨胀系数的稳定性。通过将桁架结构改造为零膨胀复合杆,设计了卫星的热变形隔离平台,并通过仿真模拟证明了该平台的热稳定性,为之后的工程应用提供了参考。

关键词：超材料有序多孔结构膨胀系数零/负热膨胀双材料结构刚度分析

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可调控热膨胀结构设计及其性能表征

可调控热膨胀结构设计及其性能表征

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作者：王舒杨哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

可调控热膨胀系数结构由于其具有良好形状稳定性的特点以及作为驱动器的应用前景,正受到国内外学者的广泛关注。但是,目前关于该结构的设计、实验的相关工作相对较少,特别是对该结构的制备流程及实验研究仍处于起步阶段。本文借鉴目前... 详细信息

可调控热膨胀系数结构由于其具有良好形状稳定性的特点以及作为驱动器的应用前景,正受到国内外学者的广泛关注。但是,目前关于该结构的设计、实验的相关工作相对较少,特别是对该结构的制备流程及实验研究仍处于起步阶段。本文借鉴目前已有的研究,设计了基于双材料梁与双箭头结构这两类具有可调热膨胀系数的二维复合材料结构,并将其拓展至三维空间,从而设计了两种三维结构。通过理论推导、数值模拟与实验表征的方法研究其热膨胀特性。主要包括以下内容。设计基于改进型双材料梁的平面点阵结构。给出了一种设计可调控热膨胀系数点阵结构的设计方法,揭示了结构的几何参数和材料属性对于结构热膨胀系数的影响。设计了一种基于嵌锁工艺的制备工艺,实验研究表明,通过改变结构参数,可以使结构呈现或正或负的热膨胀系数。设计基于双箭头的平面点阵结构。描述了结构的几何参数与材料属性对于结构热膨胀的影响,证明了改变结构的几何参数与材料属性,可以使结构呈现各向异性的热膨胀特性,且说明了这种结构在比刚度方面存在一定优势。设计了一种针对该结构的模压成型制备工艺,通过实验研究证明了结构的可行性。将两种平面结构向三维空间拓展,设计了两种三维结构。提出了两种三维可调控热膨胀系数结构的设计方法。确定了影响三维结构的热膨胀系数的相关因素,并且说明了其均具有较大的热膨胀系数调控范围。

关键词：可调控热膨胀复合材料结构双箭头结构双材料结构热膨胀系数实验

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