摘要：薄膜结构褶皱失稳在微观和宏观尺度会出现相似的形貌,在过去二十年里引发了学者们极大的研究兴趣.而几何曲率对薄膜结构的失稳临界、形貌选择和后屈曲演化起着至关重要的作用.本文回顾近二十年来平面和曲面薄膜结构褶皱失稳力学研究进展,聚焦曲率影响下的薄膜拉伸和膜基结构在各种激励下的稳定性问题.有限应变板壳理论模型和数值计算方法的发展推动了对曲率影响下薄膜结构表面形貌多重分岔转变的定量理解、预测和追踪,不仅推进了对薄膜结构失稳机理的深入理解,也为抑制褶皱或利用失稳实现多功能表面制造提供了理论基础,可促进拓扑形貌相关的功能性膜结构的设计及优化.

摘要：核燃料元件的辐照工况条件一般只能以离散数据的形式给出,如何将其引入元件堆内热力耦合行为的计算模拟中成为一个关键性的问题。本文针对板型弥散核燃料元件,建立了一系列的方法,可将大量的离散辐照数据处理为所需要的数据格式,从文件中精确搜索到所需要的数据点和辐照数据,并插值到元件热力耦合分析单元的积分点。通过编制FORTRAN程序,将离散辐照数据成功地引入定义等效芯体和包壳材料热-力学本构关系的用户材料子程序、定义等效芯体产热率的子程序,从而将离散辐照工况数据引入了元件热力耦合服役行为的有限元计算。通过输出元件堆内行为有限元计算中所实际使用的工况数据,验证了离散辐照数据引入方法的正确性和高效性。

摘要：硬磁软材料因其灵活的可编程性、非接触驱动和快速响应等特点,在软体机器人、生物医学工程和柔性电子等领域引起了广泛关注.这种多功能复合材料通常是由硬磁颗粒嵌入软基质构成,能够在外加磁场激励下产生较大的变形.本文提出了一种基于铁木辛柯剪切变形理论的新型可伸长变曲率硬磁软梁模型,并结合打靶法实现快速求解硬磁弹性体非线性大变形问题;探究了不同长厚比下的硬磁软梁在不同外部磁场方向激励下的大挠度弯曲特性,发现了减小梁的长厚比和减弱外加磁场可增强剪切效应的影响机制,揭示了剪切变形在深梁大变形弯曲中的重要性,模型预测结果与实验吻合.研究结果可用于硬磁软机器和功能柔性结构的理性设计与可编程变形调控.

摘要：UMo/Zr单片式燃料板在堆内辐照环境下会经历复杂的多场耦合及多尺度关联的行为。针对均匀辐照的堆内工况条件,建立了对UMo/Zr单片式燃料板的堆内行为进行多尺度模拟的方法,并计算分析了元件的温度场、变形和主要应力场随燃耗演化的规律,获得了芯体与包壳界面层间应力的分布与演化规律。研究结果表明,芯体的最高温度会随着辐照时间持续增长;芯体厚度随着辐照时间而增大,在靠近芯体的边界附近厚度增长较多,与辐照后相关检测结果相符;芯体的Mises应力要远小于包壳中的Mises应力;芯体和包壳界面正应力最大值位于靠近芯体角部的位置,界面角部区域较大的界面拉应力易导致此处首先产生界面破坏。

摘要：硬磁软材料由填充了高剩磁颗粒的弹性体基质组成,具有灵活的可编程性和快速变形等优势,在软体机器人、生物医学设备和柔性电子领域具有广阔的应用前景.对硬磁软材料大变形的精确预测是相关应用的关键.由于硬磁柔性结构的可编程形貌变形预测及设计对精度要求较高,本文提出了一种基于径向基点插值法的三维无网格模型来定量预测硬磁软材料的大变形行为.通过采用直接节点积分并结合中心差分法进行求解,研究了硬磁软梁和硬磁悬臂板的弯曲变形,硬磁软杆的扭转变形,以及硬磁软梁在三维非均匀磁化情况下的空间大变形响应.我们的模型不仅可用于定量分析硬磁软材料大变形行为,也可用于指导铁磁软体机器人和柔性结构的理性设计.

摘要：薄膜拉伸起皱现象在自然界和现代工业中普遍存在,在过去二十年里,引发了学者们极大的研究兴趣.这种起皱失稳行为源自薄膜能与弯曲能之间的非线性竞争.我们回顾从本世纪初至今薄膜拉伸褶皱失稳力学研究进展,将其分为两个阶段:前十年的研究主要局限于薄膜小应变(~1%)起皱现象,而后十年的兴趣主要集中在有限应变起皱-再稳定(孤立中心分岔)行为,在过度拉伸(~30%)时褶皱最终消失.定量理解、预测和追踪这种强非线性力学行为的需求推进了有限应变板壳理论和数值计算方法的发展,不仅促进了对薄膜起皱-消皱机理的深入理解,也为无褶皱膜结构设计和薄膜表面形貌调控提供了新的思路.

摘要：微动是蒸汽发生器传热管失效的一个主要原因,揭示传热管用690合金的微动疲劳十分重要。本文通过有限元模型和自编程序计算分析了690合金与抗震条间平-平面接触副微动疲劳裂纹萌生寿命,重点研究了侧压对微动疲劳寿命的影响。结果表明,侧压下的裂纹萌生寿命远低于其标准疲劳寿命,降低程度与微动接触状态和微动磨损均有关。在此基础上提出了一个考虑侧压影响的微动疲劳寿命估算公式。该经验公式具有较简单的解析表达式,且对疲劳寿命的计算较为保守,可方便地用于工程设计和寿命预估。

摘要：为了实现核能的可持续发展,需要研发第四代先进核能系统,其同时具有高安全性、高经济性、核废料最小化和防核扩散的特点.加速器驱动的次临界系统(Accelerator-Driven Subcritical System,简称ADS)是具有上述特点的一种先进核能系统,弥散核燃料在其中具有良好的应用前景.弥散核燃料是一种非均质核燃料,在结构上类似于颗粒复合材料,也称为惰性基体燃料.本文主要针对ADS用弥散核燃料,给出其在反应堆高温、高压和辐照环境中的关键力学问题,阐述其所具有的多尺度和多场耦合特征,介绍其在理论建模和数值求解等方面的相关研究进展,并提出研究展望.

摘要：利用显示动力有限元法对U_(10)Mo/Al弥散燃料板的轧制过程进行模拟,研究了热轧工艺参数对弥散燃料板芯体轧制变形和接触压力的影响。有限元模拟计算结果表明:轧制速度对燃料板芯体的应变速率有明显影响;轧制过程中燃料板芯体所受的表面接触应力和变形均随压下率的增加而增加;随着摩擦系数的增加,芯体宽展率逐渐降低,而其表面接触压力相应增加。

摘要：本文建立了U-10Mo/Zr单片式燃料元件的辐照性能模型以及热-力学本构关系,采用有限元方法进行非均匀辐照场中燃料元件稳态热-力学性能的数值模拟,获得并分析了U-10Mo/Zr单片式燃料元件温度、形变和应力的分布特点及变化规律。研究结果表明,燃料芯体厚度增量在芯体和包壳结合面附近达到最大,主要受到燃料辐照蠕变的影响;在较低燃耗条件下,燃料芯体高温辐照肿胀模拟结果与低温辐照肿胀试验结果相当;燃料芯体边角区域和包壳端面外侧区域存在应力集中。