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关键词： 应力波载荷   线弹性断裂   动态断裂韧性   裂纹扩展速度   动态分析   材料   Hopkinson单压杆   40Cr钢  

摘要： 利用Hopkinson单压杆实验装置 ,对材料的线弹性动态断裂特性进行了研究 ,建立了应力波载荷作用下动态裂纹起裂及扩展过程的动态分析方法 ,采用该方法可同时测得材料的动态裂纹起裂时间、断裂韧性和裂纹扩展速度。 40Cr钢三点弯曲试样的实验结果表明 :该钢的动态裂纹扩展过程主要是减速过程 ,在2 2 5TPam /s的加载速率下 ,起裂时间为 2 8 0 0 μs,最大裂纹扩展速度为 478 91m/s ,动态断裂韧性为6 3 12MPam。

关键词： V型带传动   模糊可靠性   设计  

摘要： 将模糊可靠性设计理论引入V型带传动的设计中,分析了V型带传动的设计参数的随机性和安全状态的模糊性,提出了这种传动的模糊可靠性设计方法,并给出了应用实例。

关键词： 离散元法   冲击   各向异性   应力波   侵彻   数值模拟  

摘要： 材料在冲击、侵彻等动载荷作用下产生损伤和破坏的过程，其实质是力学模型从连续体到非连续体的转变过程。建立在传统的连续介质力学基础上的有限元法、有限差分法适于预测损伤和破坏的区域，但难以直接用于计算和模拟材料及结构发生破坏的整个过程。离散元法是一种适于处理非连续介质力学问题的计算方法，其基本思想最初于70年代由Cundall等人提出，随后被发展成求解连续体到非连续体的动态演变过程中的力学问题，特别是混凝土动态破坏问题的研究也开展起来，显示出巨大的生命力。但是，相比于有限元法等传统的数值方法，对于连续体的计算结果偏差较大，因而制约了离散元方法在研究材料动态破坏问题中的广泛应用。 本文将离散元法用于计算和模拟各向异性材料在冲击载荷下动态损伤和破坏过程。从连续介质力学的基本原理出发，推导基于圆盘单元的正交各向异性二维连结型离散元计算模型，在模型中采用了Mohr-Coulomb型破坏准则和与应变率有关的材料破坏系数用以模拟材料的动态损伤和破坏过程。应用该模型对正交各向异性平板内的应力波传播、冲击载荷下混凝土平板的破坏以及钢弹侵彻混凝土圆板的破坏问题进行了研究，通过将计算结果与LS-DYNA、特征线法以及实验结果进行对比，证明了该模型的精确性和可靠性。 本文还将该方法扩展到三维，推导出基于圆球单元各向同性的三维离散元连结型计算模型。并对冲击载荷下混凝土块体的动态破坏过程进行了研究。 最后本文应用接触型离散元计算模型对爆炸排淤过程进行了离散元法数值模拟，为进一步研究其机理性问题提供了一个很好的工具，表现了该数值方法工程应用中的巨大潜力。 通过上述算例充分证明了离散元法是模拟冲击载荷下连续体的动态破坏和非连续体动力学行为的有利工具，显示了这种方法的广泛适用性和良好发展前景。 作者使用C++语言基于面向对象的程序设计思想开发了完整的离散元二维和三维计算程序。该计算程序与用OpenGL技术在VC++6.0环境下开发的功能强大的离散元前后处理程序构成了较为完整的离散元分析模拟系统S-DEM(Super-Discrete Element Method)。上述的所有算例都是在该系统上完成的。

关键词： 多孔介质   冲击动力学   平面波   瑞利波   特征分析   显式动力有限元   流固耦合  

摘要： 地质材料，不论是土还是岩石，在微观结构上都具有晶粒结构、孔隙、微裂纹等特征，并且在孔隙或微裂纹中还往往含有流体或气体，因此地质材料的力学问题往往是液体、固体以及气体间相互作用的问题。在实际的工程应用中，重大水利工程爆破施工时岩土边坡的稳定性问题；采用爆破技术在油层中制造冲击波以提高出油率时油层中的响应，以确定爆炸工艺对提高石油生产率的有效性等关键性技术问题的解决都要求对含有液体的多孔介质在动载荷作用下的力学行为进行深入的理论、数值和实验研究。这些关键性技术问题的理性解决将对推动我国在这些工程领域的科技进步，国家经济和社会发展起到重要作用。 本文回顾了含液多孔介质理论的发展历程，系统地总结了液饱和多孔介质中应力波传播问题的研究现状和主要成果。论文主要分为两大部分：第一部分基于替代模型的Biot理论，对各向异性介质中平面波以及表面波的传播特性进行了研究；第二部分从细观层次出发，提出了一个更加符合含液饱和多孔介质内部作用机理的三维细观计算模型，并对纵向冲击载荷作用下液饱和多孔介质中弹性波的传播规律进行了讨论。 在第2章中，根据广义特征理论，对正交各向异性液饱和多孔介质在纵向冲击载荷作用下的应力波问题进行了特征分析。给出了正交各向异性液饱和多孔介质中弹性波的特征曲面，速度曲面以及慢曲面的微分方程，并给出了正交各向异性液饱和多孔介质中应力波波阵面的解析表达式，对不同含液饱和多孔介质中应力波传播的波阵面进行了研究。 在第3章中，基于Biot各向异性液饱和多孔介质理论，引进动态渗透率，对正交各向异性液饱和多孔介质中平面波的传播特性进行了研究。讨论了液饱和多孔介质中快波、慢波，准剪切波和反平面剪切波的衰减特性，并分析了固体骨架异性以及流体粘度的综合效应对平面波传播特性的作用，澄清了介质水平面内异性以及流体粘度对弹性波传播特性的影响。 在第4章中，运用Biot多孔介质理论，研究了横观各向同性液饱和多孔介质中瑞利波的传播特性。导出了横观各向同性液饱和多孔介质中广义瑞利波的三维复特征方程，计算了横观各向同性液饱和多孔介质内瑞利波传播的波速及各子午面内质点的运动轨迹，分析并讨论了介质材料参数及流体的粘度对瑞利波传播速度的影响。指出横观各向同性含液饱和多孔介质中，流体相的存在对瑞利波的传播特性有很大影响，当考虑固体颗粒的可压缩性时，瑞利波的波速不仅取决于固体骨架中快波和剪切波的波速，而且受慢波波速的影响。 在第5章中，以Biot的各向异性液饱和多孔介质理论为基础，研究了正交各向异性无粘流体饱和多孔介质中瑞利波的传播特性。计算分析了固体骨架的异性对瑞利波传 摘要 播性质的影响。指出由于介质的各向异性，尽管忽略了流体粘度引起的粘度耗散，正交 各向异性液饱和多孔介质中瑞利波的相平面和幅平面亦不再重合，为非均匀波，最大的 衰减不再沿波传播方向。此时瑞利波不沿自由表面传播，而是倾斜于自由表面。粒子运 动的椭圆轨迹的主轴不垂直于自由表面，而是沿深度成正弦变化。进而澄清了固体骨架 的异性对饱和多孔介质中瑞利波的传播特性的影响。 宏观现象是细观现象的宏观体现，因此为了真正了解多孔介质在荷载作用下力学性 质的演变过程，揭示液体相在多孔介质破坏、后破坏以及固相液化中的作用，很有必要 从细观的角度建立具有真正意义上的独立相的模型，从细观角度分析多孔介质中两相介 质在强动荷载下的力学行为，揭示两相介质间的作用机理。在第6章中，从细观力学的 角度出发，提出了一个更加符合含液多孔介质内部作用机理的三维细观计算模型。在此 模型中，固体相和液体相被分离成两个真正意义上的独立相，通过二者界面处的流固耦 合作用建立二者的关系，研究含液饱和多孔介质在外载作用下固相和液相以及二者之间 的相互作用、影响的演化过程。此模型与真实的多孔介质中固液两相间的相互作用是吻 合的。在此模型基础上，采用间接耦合的技术，开发了流体一固体混合三维显式动力有 限元计算程序。运用Galerkin加权余量法，计及耦合边界上流一团耦合效应，将模型离 散为固体单元，流体单元和流一固耦合过渡单元。进而，对含液饱和多孔

关键词： 垂直集中载荷   种植体   天然牙   联冠修复   三维有限元  

摘要： 目的 :探讨种植体与天然牙联冠修复在垂直集中载荷作用下 ,种植体、天然牙骨界面应力分布情况及受力的相互影响,为临床优化设计提供生物力学的理论依据。方法 :采用三维有限元法建立模型并计算、分析。结果 :种植体与天然牙联冠修复时 ,种植体、天然牙骨界面颈部和根尖部出现应力集中 ;种植体与稳定的天然牙联合修复时种植体-骨界面应力分布较均匀。结论 :种植体与天然牙可共同承担载荷 ;当天然牙受垂直集中载荷时 ,种植体未过载 ;

关键词： V型带   传动设计两轮中心距   计算方法  

摘要： 针对现行教材有关 V 型带传动设计中两轮中心距的计算方法存在的不足,提出了一种新的思路和确定方法。

关键词： 低接触应力   半月板载荷全膝置换   X线  

摘要： 目前正在研究和发展中的半月板载荷全膝置换技术(meniscal bearing total knee replacement)可减低全膝假体聚乙烯塑料上的接触应力,减少聚乙烯塑料的磨损.

关键词： 薄壁圆筒   中间层   应力分量表达式   轴向压缩   变形协调方程   压力容器  

摘要： 建立了承受轴向压缩载荷的开孔薄壁圆筒的变形协调方程 ,对此方程用广义函数的基本解理论来寻求其解 ,得出了其应力函数和应力分量表达式 ,从而使开孔薄壁圆筒轴向压缩载荷下中间层应力的计算成为可能 ,为寻求开孔容器稳定问题的设计计算公式提供了有益的结果 .

关键词： 低接触应力半月板载荷全膝置换   X线分析   股骨髁假体  

摘要： 目的采用X线分析方法,观察膝关节屈曲过程中半月板假体的移动和股骨髁假体在低接触应力半月板假体上的回滚运动.方法 76例男性病例,81个膝关节(其中膝骨关节炎78例、类风湿膝关节炎3例)均采用低接触应力后交叉韧带保留半月板载荷全膝假体施行全膝置换术,平均术后时间为6年(24～147个月).分别拍摄膝关节完全伸直位和完全屈曲位X线侧位片,测量半月板假体的移动方向、距离和股骨髁假体中心接触位置,膝关节临床评分包括疼痛、活动范围、关节稳定性和骨关节排列等,膝关节功能评价采用美国膝关节学会常规系统标准.结果在X线侧位片上测得膝关节平均活动范围为90°(45°～136°).在膝关节由完全伸直到完全屈曲运动过程中,39个膝关节(48%)半月板假体表现为双侧(即内外侧半月板假体)前移动,16个膝关节(20%)表现为双侧后移动,10个膝关节(12%)表现为双侧相反方向移动(即一侧向前移动,另一侧向后移动),9个膝关节(11%)仅仅表现为一侧移动,7个膝关节(9%)表现为无移动.在膝关节由完全伸直到完全屈曲运动过程中,18个膝关节(22%)股骨髁假体在半月板假体上显示回滚运动,6个膝关节(7%)股骨髁假体的接触点不发生改变,57个膝关节(70%)股骨髁假体显示向前滑动.膝关节屈曲运动过程中,股骨髁假体平均回滚运动104°(76°～128°),股骨髁假体平均向前滑动94°(45°～125°),两者差异有显著性(P=0.03).根椐美国膝关节学会常规评分系统标准,本组临床评分平均为76分(27～100分),功能评分平均为72分(30～100分).在股骨髁假体表现为前滑运动的膝关节中,临床评分平均为79分(27～98分);在股骨髁假体表现为回滚运动的膝关节中,临床评分平均为87分(52～100分),两者差异无显著性(P=0.09).在股骨髁假体表现为前滑运动的膝关节中,功能评分平均为64分(30～100分);在股骨髁假体表现为回滚运动的膝关节中,功能评分平均为72分(45～100分),两者差异无显著性(P=0.15).结论低接触应力半月板载荷全膝置换的X线分析结果显示,在膝关节由完全伸直到完全屈曲运动过程中,39个膝关节(48%)内外侧半月板假体同时平均向前移动4.7 mm(1～14 mm),63个膝关节(78%)在屈曲运动过程中无股骨髁假体回滚运动.股骨髁假体表现为向前滑动的膝关节,其平均膝关节屈曲范围(P=0.03)和美国膝关节学会平均评分均小于股骨髁假体表现为回滚运动的膝关节.因此,作者认为,股骨髁回滚运动缺损是由于后交叉韧带功能障碍所致. (朱建民*摘译)

关键词： 强化   屈服面   极限面   金属   应力   应变   非比例载荷  

摘要： 在各向同性循环强化模型基础上 ,通过屈服面及极限面形状、方向及面积的变化 ,分析了拉 -扭非比例循环载荷下金属的双表面各向异性强化模型 [1 ] ,并用BT9钛合金 [3 ] 及 30 4不锈钢 [3～ 5] 的试验结果检验了该模型的可行性。采用了塑性应变历程非比例参数来描述非比例载荷下材料的循环强化程度。研究了材料的横向强化及附加强化效应。结果表明 :本模型能很好地描述非比例载荷下金属的一系列主要应力。