基于内聚力模型的纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料的损伤分析

通过在纳米纤维和基体之间应用无厚度指数型内聚力单元,建立纳米增强陶瓷基复合材料的界面损伤本构关系。利用MARC有限元分析纳米纤维与基体之间含界面损伤时,单一纳米纤维及纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料受位移荷载作用时的应力-应变响应。结果表明:纳米纤维与基体之间的界面损伤演化主要由内聚力单元的最大裂纹张开位移控制,与单一增强情况相比,纳米纤维与纳米颗粒的双相作用更有利于提高陶瓷基复合材料的强度,内聚力模型能准确模拟纳米纤维与陶瓷基体之间的界面裂纹扩展,是研究纳米复合材料损伤的有效方法。     

复合材料桥联问题中的半桥问题

针对纤维增强复合材料的半桥问题，即部分桥联增韧的问题，给出了数值计算结果。由此得到了一个近似解析解--应力强度因子线性模型。利用这一模型，根据纤维基体界面强弱的不同情况，分别给出了III型裂纹的若干强度条件。     

基体损伤对片状纤维复合材料弹性性能的影响

应用Ｅｓｈｅｌｂｙ等效夹杂理论和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ的平均化方法建立片状纤维复合材料的细观损伤力学理论，将损伤模型处理为随机“连桥”问题，给出这种宏观正交各向同性材料的９个独立弹性常数的显式表达式，并研究基体材料中孔洞形状及体积含量和裂纹密度对材料整体弹性性能的影响。     

短纤维增强复合材料的力学性能研究

本文在传统力学基础上建立了短纤维增强复合材料的力学模型,研究了短纤维增强复合材料的力学性能和损伤过程.研究结果表明,短纤维与载荷方向之间的夹角对复合材料的强度影响很大;在复合材料的损伤过程中,纤维/基体的界面可阻滞裂纹扩展,有利于提高复合材料的强度.     

多尺度方法预测复合材料层板裂纹扩展

为了研究复合材料层板在细观和宏观尺度上的损伤分布,文中基于高精度通用单胞细观力学模型,发展了一种多尺度分析方法．该方法只需纤维和基体的材料属性、强度参数及纤维体积含量,而无需复合材料层合板的弹性参数和强度参数．文中使用该方法分析了复合材料结构的宏细观上的应力应变场;结合多尺度损伤模型,研究了复合材料的细观损伤以及宏观的裂纹扩展;通过二次开发ANSYS／LS-DYNA软件,文中将高精度通用单胞细观力学模型编译到用户自定义材料子程序中;使用这种方法分析了开孔层板轴向拉伸条件下的各个分层的应力分布、组分失效模式和裂纹扩展．并将计算结果与实验结果对比,结果表明: 数值模拟随时间变化的应力曲线与实验所得的曲线能较好的吻合; 预测的裂纹扩展与实验结果比较吻合．     

桥联特性对纤维复合材料裂纹扩展阻力曲线的影响

针对纤维复合材料，在吸附区模型的基础上，采用一定的桥联关系，用断裂力学的理论导出裂纹表面张开位移的控制方程，采用数值解法，得到裂纹张开位移和桥联力的分布，在此基础上，进一步计算得出了裂纹扩展的阻力曲线，并讨论了纤维的体积比、纤维与基体间界面摩擦力及纤维强度对裂纹扩展阻力曲线的影响。     

基于声发射的三维编织T型梁复合材料损伤研究

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了三维编织T型梁复合材料,在万能试验机上进行弯曲试验,用声发射仪器监测损伤演化。T型梁在三点弯曲载荷作用下,加载初期对应基体裂纹出现,此时并没有严重损伤;随着加载过程进行,裂纹逐渐扩展到纤维基体界面使得纤维基体脱粘,腹板处纤维开始断裂;在加载后期,腹板纤维完全断裂,材料失效。用主成分分析(PCA)和kmeans++算法对声发射信号进行聚类分析,可以成功识别出三种声发射信号,并表征破坏情况。     

一种新的Ⅰ型分层裂纹桥联模型

以往针对复合材料层间I型裂纹的桥联模型，假设裂纹面上下平行。这与真实情况是不相符的。在考虑裂纹面不平行这一因素后，给出了一种新的桥联模型。还通过对桥联纤维附分力与桥联纤维轴向力大小的比较分析，将前合理地舍去，使模型的表达得到简化。由计算结果的对比可以看出，新模型提出的修正是相当必要的。     

单向复合材料中拟断裂引起的裂纹扩展

本文研究了在裂纹尖端的拟断裂区引起的裂纹扩展问题,此裂纹是嵌在单向复合材料的基体之中,它将材料分隔成具有正交粘弹性特性的二半。这种由拟断裂引起的复合断裂问题可以被分解成二个断裂模型;张开型与剪切型。使用迭加原理和Fourier变换技术,可以求得相关的弹性解,然后应用粘弹性理论的对应性原理和Laplace数值反演法,确定时间相关的裂纹与拟断裂区的扩展速率a(t)和c(t)。本研究中,认为单向复合材料具有正交各向异性的粘弹性特性。在数值计算中,对基体应用了Maxwell粘弹性模型,结果给出了裂纹表面任一点的张开位移的蠕变特性和裂纹在复合材料基体中随时间扩展的曲线。     

纤维分布与界面强度对复合材料横向压缩性能影响分析

建立了纤维随机分布代表性体积单元微观力学模型,采用随机扩张算法生成纤维随机分布模型,微观有限元模型中采用内聚力单元和Drucker-Prager弹塑性准则分别对界面和基体的力学行为进行描述,分析研究了纤维分布形式与界面强度对复合材料横向压缩性能的影响。结果表明纤维随机分布是引起复合材料横向压缩强度不稳定的一个因素;基体剪切塑性损伤而不是界面损伤在复合材料横向压缩破坏过程中起主导作用,因而采用无界面单元模型可以简化建模、不需要考虑界面强度取值,并能很好地预测复合材料横向压缩强度与压缩损伤破坏形貌。     

粗细尺度耦合粒子滤波在多目标跟踪中的应用研究

文章提出了一种进行多目标跟踪的高效率粒子滤波器算法。它利用粗细2种尺度耦合采样信号,粗尺度采样降低算法计算的复杂度;细尺度采样来保证精度,同时不用重采样来消除粒子滤波的退化现象。对信号经过粗细2种尺度处理以后,再用基于MCMC方法的Metroplis-Hasting采样得到多目标系统的最大似然函数参数后验满条件的分布,并对多目标系统进行实时跟踪。仿真表明该算法在处理多目标跟踪问题时具有高效率和精确性。     

广义Benjamin-Bona-Mahoney方程的多辛算法

文章基于Bridges意义下的多辛理论构造了广义Benjamin-Bona-Mahoney方程的多辛偏微分方程组,利用变分原理得到了多种守恒律,构造了一种等价于Preissmann格式的隐式多辛格式。钟状孤波解的数值模拟结果表明该多辛格式具有较好的长时间数值稳定性。     

一种对初始值要求较低的土层参数识别方法

提出了一种土的非线性弹性本构模型参数识别的方法。以现今普遍实行的地基载荷试验为基础,依据遗传算法的组合优化理论,采用正演计算和遗传算法优化相结合的方式,建立了土层非线性弹性本构模型参数识别的方法;并依据某黄土场地地基载荷试验数据,实施了黄土地层非线性弹性本构模型参数识别的全过程。计算结果表明,所建立的方法可以实现土层非线性弹性本构模型中相互关联的多个参数的组合优化,并在对初始值要求较低的情况下,可以获得良好的参数识别精度。从而为土的变形特性分析和土与其中及相邻结构的共同作用分析,提供了较好的土体本构模型参数的确定方法。     

广义五阶KdV方程的Hamilton对称性与局部守恒律

基于Hamilton空间体系下的多辛降阶理论构造了广义五阶KdV方程的一阶对称形式,随后证明了该对称形式是多辛的,最后应用多辛理论研究了广义五阶KdV方程的多种局部守恒律,为高阶发展方程的固有几何性质研究提供了新的途径。     

一种基于李特-吴方法求解并联机构运动学正问题的方法

针对并联机构化为一组代数方程组后符号求解过程的复杂性,研究了并联机构运动学正问题程式化的求解方法。应用代数学中的李特-吴方法,将并联机构运动学正问题转化为一组多项式的零点解集,并对该多项式进行消元求解,从而提出了一种程式化-机械化求解运动学正问题的算法。这种算法用于在计算机上符号求解,可简化复杂的消元过程,并可求得全局解。所给3-6 SPSStewart平台算例表明该算法可行、正确。     

高维小失效概率可靠性分析的序列重要抽样法

针对工程实际中大量存在的高维小失效概率问题,提出了基于子集模拟的序列重要抽样法。该方法首先利用子集模拟的基本思路,通过引入合理的中间失效事件将概率空间划分为一系列的子集,然后再依据重要抽样法的思想,逐步构造序列重要抽样函数来求得失效概率的估计。文中给出了序列重要抽样法求解高维小失效概率的基本步骤,并用算例验证了所提方法的效率和可行性。数值算例和工程算例的结果均表明,基于子集模拟的序列重要抽样法不依赖于极限状态方程的形式,且适用于非正态分布随机变量,其可靠性分析结果有很高的计算精度。     

基于有限元计算细观力学的复合材料宏观性能的一体化预测

基于有限元计算细观力学理论,以MSC.PATRAN为平台,利用PCL实现了RVE的参数化自动建模,建立了RVE库。并根据不同的细观力学方法,通过在后台对RVE边界条件的设置及有限元计算,集成了相应的计算程序,从而实现了复合材料宏观性能的一体化预测。最后,以单向复合材料的宏观弹性模量预测为例,展示了一体化预测系统。     

建筑结构的准滑模控制研究

结合饱和函数和继电特性连续函数的优点,提出了含饱和函数的指数趋近律形成的控制律和含继电特性连续函数的指数趋近律形成的控制律。基于这两种控制律,采用准滑模控制方法对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行了研究。以一个多层剪切型建筑结构模型为例验证所提控制方法的有效性,算例数值分析结果表明,所提出的准滑模控制方法,控制效果明显,能有效地减小结构的地震峰值响应,且在控制参数ε值较大的情况下,控制系统的抖振很小。     

M元扩频OFDM水声通信新方法

扩频水声通信能够抗信道衰落、多径干扰,具有传输距离远、可靠性高、被截获性低的优点。然而,水声通信可用带宽很窄,导致其数据率低。文章在伪随机序列扩频水声通信和OFDM水声通信研究及湖上成功实验的基础上,提出了一种基于M元伪随机序列组和OFDM技术的新型扩频OFDM(MSS-OFDM)水声通信方法。该方法能使得扩频水声通信数据率提高2.(log2M).(log2Q)倍。从理论上分析了M元扩频OFDM在高斯白噪声信道(AWGN)下的误码率性能,并通过仿真验证了其较强的稳健性。利用湖试测量得到的多径信道参数模型,分析比较了OFDM、SS-OFDM以及MSS-OFDM的水声通信误码率性能,结果表明:M元扩频OFDM具有双重抗多径干扰的优点,即使在没有保护间隔的情况下,也能获得较好的通信效果;由于采用了伪随机序列组,该方法也可用于水声网络通信。     

高速公路交通流密度控制器设计

高速公路宏观控制方法的目的在于防止交通拥塞,至少避免由于交通的多相性引起拥塞状况的恶化,通过寻求控制策略达到理想的交通密度轮廓,然而,由于交通模型的强耦合性和非线性,高速公路密度控制方法研究进展较慢。本利用非线性积分器的backstepping方法,分析和设计控制方案,提出了一种针对自动化公路系统（AHS）的道路交通控制器,这种控制器在宏观水平上操纵,能够使拥塞的高速公路交通密度快速收敛到期望值κai(n）。