摘要：真实的细观形貌是进行固体推进剂细观力学性能预示的基础。通过CT扫描图片处理获得了固体推进剂真实的细观几何形貌及各组分参数,并生成了固体推进剂颗粒填充模型;采用多边形网格剖分方案,减少使用常规单元时各组分颗粒尺度差异带来的低质量网格影响;通过对单元和节点的后处理,设计了应对真实细观形貌的周期边界条件处理方案;引入虚单元法(VEM)开展固体推进剂细观力学性能预示,设计含夹杂算例,验证了VEM以及周期边界条件处理方案的可行性和准确性;利用内聚力单元模拟基体与颗粒间的“脱湿”效应,对真实细观模型以及颗粒填充模型开展了等效松弛模量测试。仿真结果表明,真实细观模型中不规则的颗粒几何形状会抑制“脱湿”现象的发生,其表现出的等效松弛模量较颗粒填充模型大。此外,两类模型预示的松弛模量最大相对误差为13.1%,这表明在固体推进剂配方设计中颗粒填充模型可以替代真实的几何模型进行固体推进剂等效力学性能的预示。结合VEM在应对固体推进剂各组分几何尺度差异以及周期性边界条件设计方面的优势,可进一步利用VEM开展三维固体推进剂力学性能的预示。

摘要：纤维推出技术是研究复合材料界面细观力学性能的常用方法。本文将该方法在SEM环境下与电子束云纹技术相结合开发一套基于SEM环境下的纤维推出实验系统。利用该系统测试了SiC/Ti-15-3复合材料的界面剪切强度、摩擦应力、摩擦系数及残余应力分布等细观力学性能。结果表明:对于厚度为500μm的SiC/Ti-15-3复合材料界面剪切强度为35 MPa,摩擦应力为32.8 MPa,纤维与界面间的摩擦系数为0.082,径向残余应力为-400 MPa。该系统在SEM环境可以实现直径为几微米的纤维推出,扩展了纤维推出技术的应用范围,提高了纤维推出过程的对准精度,减小了测量误差。并且与电子束云纹技术相结合,实时测量纤维推出后界面残余应力分布情况,为复合材料界面的设计、评估及优化提供必要的实验方法。

摘要：为了探究特发性脊柱侧凸术后融合器的植入对椎骨细观生物力学性能与骨组织成骨性的影响,本文建立了术后植入融合器的宏观尺度有限元模型,利用圣维南原理子模型方法建立骨单元细观尺度模型。基于上述模型,本文模拟了人体生理工况,对比相同边界条件下宏观皮质骨与细观骨单元生物力学性能差异,分析细观尺度下融合器的植入对骨组织生长的影响。结果显示,腰椎细观结构的应力较宏观有所增加,此病例中细观应力为宏观应力的2.606~5.958倍,融合器上部骨单元应力较下部大;上部椎体端面平均应力按大小排序分别为右侧、左侧、后部、前部;下部椎体应力排序为左侧、后部、右侧、前部;旋转为骨单元应力值最大工况。据此推测,融合器上端面骨组织成骨性较下端面好,上端面骨组织生长快慢顺序为右侧、左侧、后部、前部;下端面为左侧、后部、右侧、前部;患者术后常做旋转运动,有利于骨骼生长。通过上述结果,期望本文研究可为特发性脊柱侧凸手术方案的设计与融合器优化提供理论依据。