【摘 要】
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基于节点密度方法建立了以结构体积最小为目标,以屈曲特征值为约束的连续体拓扑优化模型.采用节点相对密度作为设计变量,借助泰勒展开式、过滤函数将目标函数作二阶近似展开;借助瑞利商、泰勒展开式、过滤函数将屈曲约束化为近似显函数;将优化模型转化为对偶规划,减少了设计变量的数目,并利用序列二次规划法求解,缩小了模型的求解规模,提高了计算效率.与单元基础的三维拓扑优化方法相比,提出的方法能得到连续光滑的拓扑构
【机 构】
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长沙理工大学汽机学院,长沙410114
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基于节点密度方法建立了以结构体积最小为目标,以屈曲特征值为约束的连续体拓扑优化模型.采用节点相对密度作为设计变量,借助泰勒展开式、过滤函数将目标函数作二阶近似展开;借助瑞利商、泰勒展开式、过滤函数将屈曲约束化为近似显函数;将优化模型转化为对偶规划,减少了设计变量的数目,并利用序列二次规划法求解,缩小了模型的求解规模,提高了计算效率.与单元基础的三维拓扑优化方法相比,提出的方法能得到连续光滑的拓扑构型.
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基于应变梯度弹性理论,研究了微尺度功能梯度曲梁在热载荷作用下的振动和屈曲特性.梁的位移场函数基于三阶剪切变形理论.新的模型包含3个材料尺度常数,分别反映膨胀梯度,拉伸梯度和旋转梯度的作用.根据哈密顿变分原理,推导了微尺度功能梯度曲梁在热载荷作用下的平衡方程和稳定方程以及边界条件.利用纳维叶解法,推导出简支边界条件下的功能梯度曲梁的热振动和屈曲问题的解析解.
采用闭环控制微纳压电位移驱动器为核心加载装置,以压电式微力传感器作为测量装置,集成显微光学数字视频监测系统,并编写完整的测量,控制与标定算法软件,研制了量程0.1 mN-500 mN的全自动微力加载测试系统.该系统具有被测样品与试验探针的自动定位,可编程自动加载与可视化实时监测与记录功能,能够满足小至微米级样品的实验要求.
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基于应变梯度弹性理论,提出一种考虑正弦剪切变形的微尺度梁模型.利用哈密顿变分原理,推导了该模型的平衡方程和边界条件.模型引入了与膨胀梯度,拉伸梯度和旋转梯度对应的3个材料尺度常数,从而能够预测微梁的尺度效应.假定材料性质沿厚度方向按幂函数变化,有效弹性模量,泊松比以及密度等材料参数通过Mori-Tanaka均匀化技术计算.采用Navier方法给出了简支边界条件功能梯度微尺度梁的自由振动和静力弯曲解
首先对理论模型λ进程的提出,发展及其求解方法进行系统介绍,并以双磁性中心分子体系(构成自旋逻辑运算单元所需最小构型)为例,讨论应用当前理论方法研究实际分子磁体中超快自旋动力学行为的优势和局限性.
采用热力学唯象理论系统研究超薄铁电薄膜中的铁电极化性能和压电性能以及相关的影响因素.研究结果表明,在强大的外延匹配应力作用下,外延对称电极中间的铁电薄膜的临界尺寸可以降到1纳米以下.压电系数在临界尺寸附近突增,但由于临界尺寸强烈依赖于衬底应变,在一定温度范围内依然具有很好的稳定性.当施加外加电压,即使薄膜的厚度在临界尺寸,依然具有场致铁电极化,并伴随有强烈的非线性压电效应.
重点研究β功能域的结构与功能关系.采用全原子显式水模型分子动力学模拟详细研究了β功能域的动力学特性.为了进一步研究β功能域的构型变化,采用加载分子动力学模拟方法研究了β功能域打开和关闭构型转变过程,并计算了在有/无ATP情况下β功能域打开和关闭构型的自由能,进一步讨论了ATP结合/释放过程中β功能域的构型变化,及其与Y功能域转动动作的关系.
利用压电响应力显微镜(PFM)方法和瞬时翻转电流测试方法研究了BNT铁电薄膜和铁电场效应晶体管的电畴翻转动力学过程,并研究了氧空位浓度,薄膜结晶性,电压和温度等因素对畴翻转性能的影响.利用PFM导电探针作为活动栅电极,对栅电压撤消后3分钟到72小时内铁电场效应晶体管中铁电畴的原位长时演变进行了观测.
利用三维原子-连续关联模型(ACCM)的并行算法对于金属微纳米构件进行了研究.对于金属材料的原子-连续关联模型从微观过渡到宏观部分的可计算框架进行了研究,引入了代表体积元概念和变形梯度假设;给出了其用于处理金属材料结构变形问题时,计算相对于代表体积元的占有系数的方法,代表体积元内的以晶格为单位的变形梯度算法以及金属材料的应力-应变计算公式与弹性常数的近似计算形式;并由此给出了单晶Cu纳米线在拉伸,
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