摘要：当薄膜以适当的黏附能结合在基底上时,由于残余拉伸应力的作用,薄膜会同时发生开裂和界面脱层,从而形成许多不同寻常的裂纹形貌,如螺旋、新月以及各种取向的条状.在实验上采用溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶,溶胶镀在玻璃基片上后,通过高温干燥引入热应力,得到了大量迥异的裂纹形貌,如直线型裂纹网络、弯曲裂纹网络以及直线型裂纹与弯曲裂纹共存的裂纹网络.光学显微镜和扫描电子显微镜观测显示弯曲裂纹与直裂纹的共存与转变和薄膜裂纹扩展是否伴随界面脱层密切相关.对在不同薄膜厚度下得到的新月裂纹进行观测,发现一定范围内新月裂纹波长与厚度之间存在线性关系.本文也报道了一些其他的特殊裂纹形貌,以及几种弯曲裂纹的生长过程.最后提出了模拟界面脱层与开裂协同演化过程的相场方法,期待未来进一步揭示弯曲裂纹形貌形成的更多细节.

摘要：为研究胶料在挤出过程中的流动模式,本文建立了具有复杂几何构型的主、副螺纹单螺杆螺槽内胶料三维非等温流动的有限元模型,采用Bird-Carreau模型和Arrhenius shear stress方程分别表征胶料黏度随剪切速率和温度的变化,并通过热力学估算确定了合理的机筒壁热学边界条件.在此基础上求解了20 r/min转速下的速度场、温度场和压力场,并将温度数值计算结果与实测结果进行了对比,两者吻合较好,这表明了模型的有效性.此外,通过模拟发现主、副螺纹构型的热喂料螺杆确实可以避免挤出过程中的"死区"并提供更强剪切作用;螺杆挤出段的副螺纹阻碍了胶料的流动,使得该处压力更大;由于受剪切时间更长、更强烈,胶料在挤出段温度最高.最后考察了不同转速下的压力和温度,结果发现挤出过程的最大压力与最高温度均随转速增大而升高,与此同时由于胶料自身的剪切变稀特性和温度依赖性,压力与温度上升的趋势会随着转速的升高而减缓.

摘要：为研究轮胎胶料压延过程中的流动和变形,本文建立了胶料压延过程的二维有限元模型,分别采用Bird-Carreau (BC)模型和五模态Phan-Thien-Tanner(PTT)模型对胶料的纯黏性和黏弹性行为进行了表征.提出了根据流场分布差异来确定黏弹性流体压延分离点的方法,即假设不同分离点位置进行计算,当假设分离点处的速度矢量与压延方向(水平方向)一致时,该点即为实际分离点.利用Polyflow软件对压延过程进行了数值模拟,在此基础上进一步研究了辊筒转速对胶料厚度比的影响.结果表明:采用五模态PTT模型获得的胶料厚度比与实际测量值基本吻合,而采用BC模型的计算值则差异较大,这一方面表明了本文数值模型的有效性,另一方面也表明了压延过程模拟必须计及胶料的弹性;胶料厚度比在低辊速下随着辊速增加而迅速增大,在较高辊速时则趋于稳定,这也与现场实测结果一致.

摘要：中国科学技术大学光力学实验室近年来专注于数字图像相关方法的原理研究和应用拓展,有效提升该方法测量精度和计算速度的同时,在数字散斑标准化、二维补偿技术、生物医学工程以及锯齿型塑性屈服等领域取得了一系列研究成果.本文拟对课题组的研究进展做一个概述:(1)提出了局域变形下形函数误差的理论模型与估计算法,建立了保证测量精度的子区尺寸选取准则;提出了计算速度是传统算法两倍的二阶反向高斯牛顿算法;研究开发了三维数字图像相关高效算法、基于反向迭代算法的左右系列变形图匹配的优化策略,开发出三维数字图像相关通用软件包和硬件系统,为国内高校、研究所和工程单位提供了有效的科研分析方法和工程测量手段.(2)揭示了插值偏差的深层机制并发展了实验测量手段,提出了综合考虑系统误差和随机误差的散斑质量评价标准,建立了散斑尺寸优化的理论模型.(3)发展了基于预标定的二维数字图像相关补偿技术.(4)建立了实时的颅颌面手术导航系统;研发了具有高时空分辨率的脉搏测量系统,推动了传统中医的数字化和科学化.(5)通过高速数字图像相关技术首次观测到剪切带的萌生、演化过程,证明了带外收缩现象的存在;通过相互正交的两套数字图像相关系统首次观察到厚度方向的应变局域化现象.(6)基于数字散斑相关方法实现了振动和应变的高精度实时测量.

摘要：建立能够描述静水压力影响和塑性体积膨胀的率相关的大块非晶合金本构模型.通过编写ABAQUS材料用户子程序VUMAT,对含不同形态孔洞的Zr基大块非晶合金的变形行为进行有限元分析,并对其细观变化规律进行研究.

摘要：基于晶体塑性理论,建立了一个考虑滑移、形变孪晶以及孪晶内二次滑移的镁单晶弹-黏塑性细观本构模型,并在有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT中数值实现.利用该模型对镁单晶的室温平面压缩试验进行了模拟,研究了不同加载取向下镁单晶变形机制的演化规律.结果表明:镁单晶的变形机制与取向密切相关,其力学行为表现出强烈的各向异性特征;拉伸孪晶在特定取向下能够提供沿晶粒c方向伸长的变形,并引起晶粒的重取向;在某些变形状态下,当拉伸孪晶达到饱和体积分数后,孪晶内会出现二次滑移.

摘要：纤维增强复合材料中添加纳米颗粒能够改性基质,提高材料的横向拉伸强度.建立了复合材料周期性单胞的三维有限元模型,考虑了纤维与基质间的粘结特性,模拟了材料在固化完成后冷却到室温的全过程.基质中未添加纳米颗粒和添加纳米颗粒两种模型的计算结果表明,纳米颗粒减小了纤维与基质间的剪应力,降低了纤维与基质热膨胀系数不匹配引起的残余应力,从而导致复合材料横向拉伸强度提高.

摘要：研究退火处理对紫铜组织及机械性能的影响,利用X射线衍射、金相观测、硬度测量、拉伸和疲劳试验以及扫描电子显微镜观测等试验手段,对比分析了退火前后紫铜的金相组织、基本力学性能、疲劳寿命、断口显微形貌和疲劳裂纹扩展行为等。考察了表面形貌对材料试件的疲劳寿命的影响,利用带缺口的试件对疲劳裂纹扩展行为进行了观测,给出了退火前后疲劳裂纹扩展速率及疲劳寿命随表面粗糙度增大而改变的定量结果。结果表明:退火后紫铜主要衍射峰出现窄化,其内部晶粒增大;材料屈服应力、弹性模量、维氏硬度及疲劳性能显著降低。试件疲劳寿命受表面粗糙度影响的敏感性在退火后降低。

摘要：为了探究未硫化橡胶的拉伸力学性能,开展了未硫化橡胶不同应变率下的单向拉伸及循环加卸载实验.结果表明,未硫化橡胶具有较为复杂的非线性黏弹塑性力学行为,随着应变率增加,应力水平明显上升,迟滞效应增加,残余应变降低,应力软化增强.为了表征其力学响应,提出了一个三网络(TN)黏弹塑性本构模型,该模型由一个基于八链模型的超弹性网络和两个基于Bergstrom-Boyce流动模型的非线性黏塑性网络构成,同时考虑了材料的Mullins损伤软化等变形特征,能够较好地表征未硫化橡胶的非线性力学行为.最后,依托于Abaqus有限元软件,完成了本构模型材料子程序的开发,对未硫化橡胶多段松弛加卸载和轮胎胎面胶压入模具过程开展了数值仿真,验证了TN模型的数值有效性以及在复杂变形模式下的数值稳定性.

摘要：不均匀温度膨胀会导致平板发生面外变形,这对应于非欧弹性板理论中板壳在目标度量张量作用下的空间变形.利用经典的弹簧网络模型模拟了一系列不同膨胀函数作用下的非欧弹性圆板变形,得到了目标高斯曲率K正负不同的特征变形.针对K0时拉伸能和弯曲能均和t2.5相关,当K<0时弯曲能和t2.5相关,拉伸能和t4相关.