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略谈结构力学: 热度 6 武际可 2017-6-12 08:24; 略谈结构力学前面我们简单介绍了结构、结构元件和构件的连接，现在我们要简略地介绍一下结构力学了。结构力学的任务是什么呢？简单说就是要设计的结构既安全又经济。就这么一句话，却是很费理解的，而且人类经过了几百年的努力，又需要方方面面的合作才能够完满地达到。首先，一个结构要承担它的使用功能，例如建筑在南方沿海的一座楼房，它不仅要承受日常的载荷，如在楼内生活的人群、各种家具和附属物对楼产生的载荷，楼还要经受台风的考验。建在地震区的结构又要经受地震的考验。结构设计者就要借助结构力学，使设计的结构在以上各种使用的条件下，结构不会丧失它的功能，即使在极端不利的条件下，结构可以开裂或受损，楼房中的人也应当是安全的。一句话，所谓安全，就是要保证结构有足够的强度、刚度和稳定性。从另一方面说，如果为了安全，把结构做得特别结实，多用材料用好材料，楼房多配钢筋做成一个铁疙瘩行不行呢？那样又太浪费了。结构力学就是要帮助设计者掌握一个度，既要安全又要经济。所以结构力学，实在是现代结构设计最重要的手段。结构力学是怎样做到这一点的呢？从广义的结构力学来说，它需要解决以下三方面的问题：确定结构所受的外力（包括外力、外部热、电磁场等条件）；根据外力和结构的材料性质分析结构内部每一点的应力应变状态和位移；根据得到的应力状态和位移判断结构在所给定的条件下判定结构会不会破坏。这三个方面的问题，一直是有关结构研究的主要方面，由于问题的复杂性，即使到现在，也不能说都研究清楚了。对于第一方面的问题，要确定作用在结构上的外力，是很复杂的任务，对于作用在结构上的静力，像结构的自重、加载在结构上的负重（如桥梁上的车辆等）是比较容易弄清楚的，但是作用在结构上的风载、雪载、地震载荷等就不容易弄清楚了，它不仅与风力和震级的大小有关，还和结构所在的地区有关，盖在海南岛与盖在北京的房屋结构，应当考虑的风载就不应当一样。所以就与该地区长期对风速和地震的记录资料是紧密有关的，从这些资料经过专门的分析得到一个该地区设计时应当考虑风力和地震的震级，进入设计规范。类似地，车辆在不平路段行进的颠簸所形成的载荷、船舶在波浪起伏的海上所受的载荷、飞机在航线上由于气流的不稳定所应当考虑的载荷，这些都是要经过大量的资料和实测才能确定下来的。这些资料，也是一个国家设计水平的一项基本建设。对于第三方面的研究，即关于材料强度方面的研究，有很长的历史。 1638 年，伽利略在他的《关于两门新科学的对话》中，就讨论了材料在受拉伸时的强度问题。后来人们发现材料不仅能够拉断，还会被剪断，如图 1 ，上下两个冲头作用下，中间的钢棒会被剪断，而图 1 受剪切的钢棒钢棒并没有被拉伸。所以材料的断裂强度问题是足够复杂的。后来人们总结出对于均匀材料根据应力或应变状态的强度判据，不过这还是不能满足需要。随着材料的种类增加，不同材料有不同的强度特点，例如混凝土受压强度很高而受拉的强度又很低，还有各向异性材料，例如木材对于不同方向受拉强度差别很大。进而，材料在不同温度下强度的表现不同，材料在载荷作用下经受的时间长度会影响强度，材料在交变应力作用下的强度，即材料的疲劳强度和损伤的问题都是工程实际中经常遇到的问题。所以材料强度问题，即使到今天，仍然是一个需投入力量研究的方向。现在我来着重谈谈结构力学第二方面的问题，即根据外力和结构的材料性质分析结构内部每一点的应力应变状态和位移。从根本上来说，结构能够安全，首先是把结构内的应力应变和位移分析得准确，因之这个环节又称为结构分析。从狭义的观点来看，人们经常说的结构力学，主要就指的是结构分析。从历史发展上来看，从狭义的意义上来看，所谓结构力学主要是指杆件系统的应力应变和变形的分析。这是因为，这部知识分形成得比较早，它是结构力学最早系统化的知识。我们现在就着重来谈谈关于杆系的结构力学问题。这是因为关于板壳弹性力学，后来都形成专门的学科。杆系结构力学的发展是分两步走的。第一步首先是对一根杆件的力学分析，也就是对于梁的弯曲和杆的拉伸扭转问题的解决；第二步才是考虑许多杆组合在一起的结构系统的分析问题。杆的压缩和拉伸的受力问题相对简单，早在 1638 年，在伽利略的巨著《关于两门新科学的对话》中，就已经大致解决了。所以说是大致解决，是在直杆在受轴向压力或拉力的条件下，杆的内力能够准确地求得，然后用截面大小去除，得到的是单位截面所受的拉压力，用来表征材料的受拉压的强度。至于这时产生的变形，那要等到 1678 年英国人胡克提出物体的弹性之后才逐渐弄清楚的。图 2 纳维像说到等截面直梁的弯曲问题，那的确是经过了相当长的时期才搞清楚。即使把 1638 年伽利略在他的《关于两门新科学的对话中》作为精确研究梁的弯曲的研究的开始，直到 1826 年，法国学者纳维（ Louis Henri Navier ，1785 –1836 ）在他的《力学在结构和机械方面的应用》一书的出版，才算是最后完成，经过了近 200 年的漫长岁月。这期间，有许多学者对梁进行了研究，其中最重要的是雅各布 · 伯努利（JacobBernoulli，1654-1765）于1705年发表的论文《弹性梁的弯曲》提出了平截面假定，即梁在变形时梁的横截面保持平面，由此，梁的控制方程大大简化，不过由于他们在求解的过程中，对梁的中性轴（即梁在变形时截面上没有拉压的那点所形成的轴）的位置设定的不正确，所以还是不能得到正确的结果。中性轴的问题由纳维最后解决了，他严格论证，在纯弯曲条件下，梁的中性轴的位置应当是截面的形心。在结构力学中纳维最早提出了超静定结构的概念，并且给出了求解的方法，也就是说这类问题单靠平衡方程不能得到结构内力的全部解，需要加入结构的变形求解，例如图2左那样多根杆的系统与右边的一端固定一端简支的梁就是这样的系统。图3 纳维讨论的超静定结构在他的《力学在结构和机械方面的应用》这本书中，还讨论了挡土墙、桁架、栱、板等结构问题。可以毫不夸张地说纳维的这本书是结构力学中第一本比较全面阐述结构力学的专著，它标志着结构力学成为独立的学科分支。 19 世纪 50 年代，由于炼钢技术的普及，用钢铁作为结构随之也得到普及。钢结构比起用木材和砖石的结构要复杂许多，也轻巧许多，于是就要求结构力学适应新的复杂性的要求。要求更简单易于掌握、适应于分析大量构件组合的结构系统的结构分析方法。适应这样的要求，德国工程师卡尔 · 库尔曼（ Karl Culmann ，1821 –1881 ）于1851年之后将他扩张了的桁架理论进一步发展，用图解的方式去求解，后来称为图解静力学。再后来，曾经在高等学校教学的一些学者：德国物理学家麦克斯韦（ James Clerk Maxwell ，1831-1879 ）、德国工程师文科勒（ Emil Winkler ，1835-1888 ）、德国工程师莫尔（ Christian Otto Mohr ，1835-1918）、意大利学者卡斯提也努（ Alberto Castigliano ，1847-1884 ）、德国工程师穆勒（ Heinrich FranzBernhard Müller ，1851-1925）、俄罗斯工程师科皮切夫（ Viktor Lvovich Kirpichev ， 1845-1913 ）系统地发展了求解超静定结构的方法，这就是后来所称为的力法，他们还发展了图解力学，发展了强度理论。用形变法求解超静定刚架结构是由丹麦的工程师本笛克森（AxelBendixen）在1914年给出的。同时，德国物理学家基尔霍夫（ Gustav Robert Kirchhoff ，1824-1887）完成了弹性薄板的理论，英国学者乐甫（ Augustus Edward Hough Love ，1863-1940）完成了弹性薄壳的理论。所有这些发展成为现代结构力学的庞大的体系。这些基本上是在19世纪后半叶和二十世纪前半叶形成的。二十世纪五十年代电子计算机来到世界上，计算机最早的大规模应用就是用来解决力学问题。随后到六十年代，不仅原先的杆系结构力学问题能够用计算机求解，随着有限单元法的发展，原来办法不多的弹性力学和连续体的力学问题也能够用计算机求解。随后大量的用计算机求解结构的计算机软件出现，并得到迅速发展，包含二维元、三维元、梁单元、杆单元、板单元、壳单元、流体单元等多种单元、能解决弹性、塑性、流变、流体以及温度场、电磁场各种复杂耦合问题的软件以及软件系统不断出现。在10多年内生产与销售有限元软件形成了有相当规模的社会新产业，而且使用有限元法解决实际问题迅速在工程技术部门普及。1960年克劳夫在匹兹堡举行的美国土木学会电子计算会议上的《平面应力分析中的有限元法》是最早提到有限元的论文。之后有限元的论文、文集、专著大量涌现，专题学术会议不断召开。新的单元、新的求解器不断提出，先后有等参元、高次元、不协调元、拟协调元、杂交元、样条元、边界元、罚单元等不同的单元，有带宽与变带宽消去法、超矩阵法、波前法、子结构法、子空间迭代法等求解方法，还有网格自动剖分等前后处理的研究，这些工作大大加强了有限元法的解题能力，使整架飞机、整条船这样的复杂结构能够一次进行应力和变形分析，使有限元方法逐渐趋于成熟。结构力学尽管有了空前的发展，不过对于许多非线性结构力学问题，人们的办法还不够多，还有待进行研究。要达到对结构认识的完全自由人们还需要准备走很长的路。参考文献 Karl-Eugen Kurrer ，TheHistory of the Theory of the Structures—— From ArchAnalysis to Computational Mechanics，Ernst Sohn awiley company，2008 武际可，力学史杂谈，结构力学的回顾与发展，高等教育出版社，2009， 2017/3/31; 个人分类: 科学杂谈|20590 次阅读|6 个评论

祖冲之方法论: 热度 4 lzj6189 2014-1-16 13:13; 钟万勰先生出书喜欢在封面引用易经的“中行独复，以从道也”。近来看见他正在写的《经典力学－辛讲》一书，依然是这样，这使得这本书平添了些许哲理的色彩。关于解说，钟先生在很多场合都做过介绍和解释：易经的易，有三层意思：不易、变易、简易。“自牛顿以来经典动力学根本的体系，是不易的；离散、辛讲，分析结构力学，离散等，阴、阳对偶之道的特色，要复、要出奇，是变易；讲述则结合应用而落到实地，力求中庸、简明，是简易。” 有幸先“读”为快，特别书中回顾自己所经历的学术研究生涯，切切实实也体现了这三层不同经历的那段前言，感悟颇多，摘录其中一段“感想”，与大家分享： “1959年，钱学森先生指派钟万勰到中国科技大学近代力学系，去讲授《理论力学》课程的，意义深远。当时钟万勰很嫩，也笨，体会不深。50多年后的今天，体会完全不同了。这个方向性的指点，实在是意义深远。这本书也是钟万勰的一个交帐。当年钟万勰非常艰难，感谢钱先生的指派，尤其是方向指导。18年前出版的《弹性力学求解新体系》破了传统一类变量求解的体系。也因读了钱伟长先生1953年的论文：“圣维南扭转问题的物理假定”，后来又聆听了在1957力学学会第一届成立会上的讨论，而激发出来的。全部是长时期坚持积累的结果。钱令希先生则给了最大的支持，“辛数学方法及其对于应用力学的应用”就是他指出的，前言讲过了。表明钟万勰挺有缘分、抓住了机会。现将他手写的两段字，《人生四乐》和《治学之道》付后，是很大的鼓励。” “ 中国古代南北朝著名数学家祖冲之(429－500)，距今15个世纪多了。他计算圆周率Л=3. 141592653589793238462643383279… 已经达到Л=1415926…。可从圆周率是怎么计算开始探讨。祖冲之的方法就是用直径为1的正多角形边的总长度代替。只有多角形的角点，要求全部处于圆周上。角点的数目越多，多角形边的总长度就越逼近于。只要划分成65536的内接正多角形，就可以达到精度。显然，边两端的节点处于圆周上，满足了约束条件，而其连接直线(二维空间Euclid度量下的短程线)则不在圆周上，没有满足约束条件。所以说，约束条件不必处处满足，只要在节点处严格满足约束条件就可以了。” “人生得意须尽欢,莫使金樽空对月”。无论身处逆境顺境，厚积薄发，钟万勰潜心研究数十载终获如今的认可和成果，依然还是平常之境。对于所取得的成绩，用钟先生的话说，中华文化博大精深，中国数学家具有辉煌成就， “改变其求解方法论。其实中国数学祖师爷早已有世界首创的工作了。”确实，CAE的核心技术，就是从有限到无限的接近，从松散到紧密的描述，后人的工作正是沿着前人“方法论”，挖掘继承、发扬光大。砸金砸不出新技术、新学问，只需要一份责任、一份热爱。关不住的“独立思考、学术自由”，钟万勰先生的“飞跃”就是从“牛棚”里起步的。科学研究的动力来源于可以转化为服务社会的先进技术,使其产生更广泛更具价值的市场化应用中。然而先进技术和先进生产方式结合才能形成先进生产力，没有社会经济的催化，就没有“凤凰涅槃”的机会和可能。钟先生没有在纯学术研究中徘徊，他对于自主软件产业的推进，身体力行，化了更多力气在“呼吁”，然而仅限于一个学校一个工厂的技术应用和科技攻关，没有使其成为一个产业的环境，一代知识分子终究难以圆自主软件产业的一个“中国梦”。搞学问，有三易；搞产业，同样有三易：要技术，本就不易；搞产业，要变易；推进改革，不能倒退，只有变了环境和条件，机会就会回来,实现目标就简易了。; 4542 次阅读|5 个评论

结构力学作业20130507: Isolation 2013-5-7 18:20; 附件是结构力学作业。下周二（5月14日）上课前交！单面打印并用订书钉装订！解答过程写在后面的空白纸上。若题目没有特别说明，请务必写上解答过程，否则零分处理！结构力学20130507_课外作业.pdf; 个人分类: 教学|2625 次阅读|0 个评论

结构力学作业20130503: Isolation 2013-5-3 19:44; 附件是结构力学作业。下周二（5月7日）上课前交！单面打印并用订书钉装订！解答过程写在后面的空白纸上。若题目没有特别说明，请务必写上解答过程，否则零分处理！结构力学20130503_课外作业.pdf; 1919 次阅读|0 个评论

结构力学作业201304023: Isolation 2013-4-24 09:30; 附件是结构力学作业。下周五（5月3日）上课前交！单面打印并用订书钉装订！解答过程写在后面的空白纸上。若题目没有特别说明，请务必写上解答过程，否则零分处理！结构力学20130423_课外作业.pdf; 1737 次阅读|0 个评论

结构力学_Project_1: Isolation 2013-4-19 16:11; 附件是三铰拱的电子讲义。请大家将电子讲义中的三角拱采用数值方法得到弯矩，剪力和轴力的数值，并绘制相应的内力图。注意该作业是电子版作业，完成后将其打印上交，注意内容的完备和格式的美观。这时大家以后撰写学术论文必须具备的能力，12周考试之前完成并上交。三铰拱.pdf; 个人分类: 教学|1941 次阅读|0 个评论

结构力学作业201304019: Isolation 2013-4-19 16:02; 附件是结构力学作业。下周二（4月23日）上课前交！单面打印并用订书钉装订！解答过程写在后面的空白纸上。若题目没有特别说明，请务必写上解答过程，否则零分处理！结构力学20130419_课外作业.pdf; 1763 次阅读|0 个评论

结构力学作业20130407: Isolation 2013-4-7 14:50; 下周二（4月16日）上课前交！单面打印并用订书钉装订！若题目没有特别说明，请务必写上解答过程，否则零分处理！结构力学20130407_课外作业.pdf; 1817 次阅读|0 个评论

结构力学作业20130326: Isolation 2013-3-26 17:30; 下周二上课前交！双面打印并用订书钉装订！若题目没有特别说明，请务必写上解答过程，否则零分处理！结构力学20130326_课外作业.pdf; 1869 次阅读|0 个评论

结构力学作业20130319: Isolation 2013-3-19 20:26; 结构力学20130319_课外作业.pdf 下周二上课前交！双面打印并用订书钉装订！; 1882 次阅读|0 个评论

结构力学基本体系: Isolation 2013-3-17 08:49; 附件是结构力学基本体系的总结归纳，用于快速绘制弯矩图和剪力图！请同学们下载后，仔细研读消化吸收！基本体系.pptx; 2557 次阅读|0 个评论

结构力学作业20130315: Isolation 2013-3-15 12:54; 结构力学20130315_课外作业.pdf 下周二上课前交！双面打印！; 2133 次阅读|0 个评论

结构力学: Isolation 2013-2-25 11:28; 各位同学，明天开始我们的结构力学要开讲了。结构力学的重要性不言而喻，由于我是第一次讲授结构力学，可能没有太多经验，但我会尽力讲好！以后，我这个在科学网的博客是我们彼此交流的平台。我会将每次课后的作业放在这里，大家可以从这里下载；你们有什么问题也可以在这里向我反映，我或者在这里回答，或者在课堂上解决。好了，让我们一起努力，度过快乐的一个学期！; 个人分类: 教学|2173 次阅读|0 个评论

【视频】定性结构力学——清华大学副校长袁驷: wangfeiwest 2012-2-26 23:05; 链接网址： http://qcourse.tsinghua.edu.cn/data/dxjglx/001/content.htm 定性结构力学是三门结构力学系列课程（经典、程序、定性结构力学）中的一门。本课程的目的是强化训练和集中培养学生定性分析、估算判断的能力，同基于手算的经典结构力学和面向计算机的程序结构力学相辅相成、相得益彰。本课程要求学生在学习了结构力学和其他相关课程的基础上，能够进一步掌握、理解、运用结构力学中的核心实质概念和方法，在工程中的概念设计、估算判断、计算模型建立、计算结果分析等问题中能够机动灵活地进行定性分析。在学习应用过程中，碰到的大多问题是对结构的概念的理解，估算判断，这是结构力学的难点，也是工程师的乐趣。; 个人分类: 结构概念|4484 次阅读|0 个评论

计算结构力学之迦僚金法的体会: mslgc 2011-9-29 14:17; 迦僚金法的试函数选择中，多项式虽然在积分和微分上方便，并且连续性方面能够很好保证，但是对于某些高阶微分的话，选择阶数太低的参数是无法求证的。例如：梁的弯曲微分方程： EIv''''-q=0,需要挠度的四阶导数，那么试函数选择的时候最低项都要在x的四次方。; 个人分类: 学习|2789 次阅读|0 个评论

怀念力学家胡海昌院士: 热度 1 sunbohua 2011-2-24 21:54; 2011－2－24 本来回国到北京时计划去看望胡先生，不料今天看到胡先生今天仙逝，特别怀念！我与胡先生有些交往，89－91年我在清华大学跟随张维院士做博士后，期间我就特别到胡先生在中关村的家访问了他，交谈了很长的时间，胡夫人也在，当时的前景记忆犹新。 1991年博士后出站时，需要对研究工作做个评价，出站报告的评委张维院士请了以下著名学者参加：胡海昌（主任）徐秉业薛大为诸德超任文敏与许多的学者一样本人的科研也受到胡先生的启发，与胡先生的科研有联系主要包括以下几个方面： 1. 变分原理－电磁固体力学的广义变分原理 2. 一般组合弹性结构力学 3. Enhanced assumed strain finite element method （利用广义变分原理设计FEM单元）评述：在中国力学学会成立的1957年以前，在中科院数学研究所力学研究室，钱伟长带领胡海昌、林鸿逊、叶开沅等作了许多有影响的成果，特别是3变量的广义变分原理，由于这是一个基础性的成果，可能是至今为止中国对于世界力学作出的最有影响的贡献。; 7361 次阅读|1 个评论

好用的力学，好玩的力学: 热度 7 sqdai 2011-1-31 11:35; 把 seminar 办得远近闻名，宾客如云，不易！把 seminar 办得红红火火、热热闹闹，更为不易！昨天的上海大学力学所 705 期 seminar 就达到了这一境界。你看，主讲人行云流水般讲，满屋子人聚精会神地听，甫一讲完，一二十个问题连珠炮般接踵而来，主讲人舌战群儒，主持人欲罢不能，不知不觉地过去了两个多小时！把力学做得好用（即信手拈来，随手可用），很难！把力学做得好玩（即引人入胜，兴致盎然），难上加难！昨天，力学界新锐冯西桥的报告就达到了这一境界。张牙舞爪的网状结构物，春蚕结茧、蜘蛛结网吐出的绵绵长丝，到了力学人的手里，都蕴涵深奥的道理，都成了掌上玩物，都成了妙趣横生的话题，听得人人开心！两个报告，无可辩驳地证明：力学无处不在！对我来说，固体力学话题是外行，还是忍不住稍加点评。将张拉结构把玩于股掌之间第一个报告的题目是“张拉整体结构力学”。现代建筑物中，张拉整体结构比比皆是。说得近一点，上海世博会的世博轴上的六个阳光谷和绵延几近一公里的遮阳膜，就是典型的张拉结构（参看 2010-04-26 的博文， http://blog.lehu.shu.edu.cn/sqdai/A189717.html ）。在航空航天航海的结构物中也随处可见。不过，冯西桥他们似乎把注意力投向了碳纳米管的构建和生物中的微结构。他的报告的特点是：提出新颖的构想，把分子动力学计算（蒙特卡罗方法）运用于结构找形，把一个个网状结构的结点视作分子，把形成的单元看做胞元，令人匪夷所思！还把拓扑学和图论知识用于结构优化，给出了 Z 类张拉整体结构的充要条件，鼠标一点，令人眼花缭乱的张拉结构就呈现在眼前（当然，设计具体计算方案并不容易）。全新的构思，全新的方案！难怪此项工作引起了国内外的广泛关注。最令人欣赏的是其中体现的方法论：把微观－介观－宏观之间的联系拿捏得如此精到，用微观方法来演绎宏观结构，这是最可效法之处。联想起三天前，我在电视上看到的世博轴阳光谷的设计、制造过程，觉得上海的工程师们很了不起， 12930 块形状各异的三角形钢结构单元，精密地拼装成异常美观的阳光谷，它们能抗击 12 级以上大风！工程师和技工们为此付出了艰巨的劳动。听报告时我想，如果让冯西桥他们也投入这个项目，想必可大大减少此工程预研的工作量。将蚕丝结构勾画得丝丝入扣第二个报告的题目是“蚕丝力学——蚕丝的多尺度力学研究”。应主持人的要求，冯西桥教授接着做了这个“备选报告”，听起来更加好玩。中华民族了不起！我们的先祖五千年前就养蚕缫丝，制作彩色丝绸；马王堆古墓里的丝绸裙子薄如蝉翼，仅 40 克重；历史上有举世闻名的丝绸之路。但很少有人用力学来研究蚕丝。年青的教授冯西桥就带领比他年青的学生，对上千米长的蚕丝的力学性能（杨氏模量、拉伸强度、屈服应力等）做了全面细致的研究。从这个报告我得知，一条蚕最后能吐丝约 1200 米长，直径为微米量级；每根蚕丝有复杂的层次结构：先有两股，每股剥去外层后，内含十万根纳米级直径的细丝；蚕茧有各向异性结构。怎么得到这些结果的？用冯西桥的话来说，一是“折腾”蚕宝宝，二是“折腾”学生。人家蚕宝宝刚刚吐丝结茧成型，他们就破茧抓出蚕宝宝；蚕宝宝又结成新茧，尚未竣工，又把它抓出来从头再来，如是者三四。“春蚕到死丝方尽”，一条蚕可结三四个茧，而且一个比一个矮胖、结实。接着，冯西桥又策动研究生，一段一段测量不同蚕丝的力学性能，总结出合理的规律。怎么研究每条蚕丝的纳米结构？他们又搞出了个发明专利，用超声波的空化作用来剥离蚕丝的外层，显示其内蕴。这里不能一一细说了，总而言之，过程既科学，又好玩。冯西桥他们不但研究蚕丝，还研究了蜘蛛丝，澄清了外国人提出的一些关于两种丝的强度区别的疑问。冯教授还告诉我们，为什么我们不用蜘蛛丝织成的布？原因是：蜘蛛没有群体性，几个蜘蛛在一个小空间里必定自相残杀，没法群养。报告之后的问题是五花八门的，其中一个最为入门性的问题是：蚕丝为何像双股电线？答案是：“因为蚕丝是蚕宝宝从两个鼻孔里吐出来的！”这里头倒没有太多的力学，不过，挺好玩：有人问得出来，主讲人又能不假思索地回答。难能可贵的是冯西桥他们能想人所未想，做人所未做，所以常能掘到“第一桶金”。年青新锐甚是了得最后对冯西桥稍做介绍。按习惯说法，他是“三清团”，本硕博均在清华完成。依我看，他是“四清干部”，因为博士后也在清华（核研院）做的。一般来说，“近亲繁殖”不好，但谁不想把最好的留下？此后他成为洪堡学者， 33 岁就当了教授、博导，现为清华大学生物力学研究所所长，中国力学学会最年青的常务理事之一，青年工作委员会主任。冯西桥几乎拥有当代中国青年学者的所有荣誉：全国首届百篇优博，教育部跨世纪优秀人才基金，“杰青”，“长江”，中国青年科技奖获得者等等，而且是实至名归。此次应我所张田忠教授之邀专程前来我所做报告。此前，我曾两次口头邀请他，作为铺垫。请学界新锐来做报告极为有益。我愿进一步做铺垫，已选中了目标：中国力学学会本届理事会的最年青的理事，他比冯西桥还年青四岁；再下一个是女将。写于 2010 年 5 月 14 日晨; 个人分类: 科海随笔|6474 次阅读|8 个评论

【报告】柔性电子异质结构热-机械翘曲分析: yahuang 2009-8-28 21:27; 2009年8月24-26日参加了中国力学学会学术大会2009的柔性电子器件力学的专题研讨会，与会者有美国西北大学黄永刚教授，清华大学冯雪副教授、以及来自华中科技大学、浙江大学、西安交通大学、宁波大学等高校的年轻教授，我本人做了柔性电子异质结构热-机械翘曲分析的报告。摘要如下：柔性电子是建立在柔性和可延性基板基础上的新兴电子技术，与传统电子最根本区别在于以柔性基板取代传统的刚性基板，具有良好的柔性和延展性，在使用过程中要经得起反复的拉伸、卷曲和折叠，从而对材料的力学性能、创新性的结构设计和高效高精制造技术提出了挑战。当柔性电子的性能可相当于传统脆性半导体所建立的微电子时，由于其高移动性、透明、轻质和柔性等特点，必将促使许多新的应用，例如，柔性显示器、太阳能电池、机敏皮肤、可穿着电子、健康检测、分布式传感器/作动器等，在国防、能源、医疗、军事、信息等领域具有重要应用价值。本文研究了弯曲/延展电子的温度效应，通过揭示制造和使用中的三个关键温度（室内温度、沉积温度和工作温度）对结构的应力、应变、波长等影响加以展现，可用于可靠性结构设计和热翘曲行为分析等。首先，介绍了可伸缩柔性电子的制备过程，以及本文中采用力、热混合作用产生预应力制备方法的特点。其次，根据无机薄膜和有机基板界面处的应变连续性建立分析模型，研究了无机材料和温变有机材料混合结构在整体翘曲情况下，基板弹性模量温度效应对薄膜-基板结构柔性电子中的应力/应变的影响，以及薄膜-基板结构的整体翘曲行为。发现了由温度和外部载荷共同作用诱导的几何非线性，从结果中可以发现温度对应变的变化曲线存在极点，但是单独在温度或力作用下不会产生非线性现象。并对温度进行敏感度分析，可发现关键参数k对结构应力应变的影响。由于极点的存在，通过调节参数k弥补有机基本和无机薄膜热膨胀系数失配引起的内部应力变化，可从理论上消除工作温度变化引起的内部应力变化，极大的提高周期性温度载荷作用下结构的可靠性，如周期性温度作用下的太阳能电池、卫星天线系统。然后针对薄膜-基板结构的局部翘曲行为，研究了温度对含温变材料的结构临界应变、波长和波幅的影响规律，可预测不同温度下的结构翘曲波长、波幅等。分析了温度作用下结构的临界应变，并得到临界翘曲工作温度与室温、沉积温度，以及基板厚度关系。并将临界应变与实际温度作用下薄膜的应变进行比较，得到临界工作温度（由工作温度直接产生翘曲）。最后，通过计算了薄膜的峰值应变，及其与温度的映射规律，得到伸缩电子制备中的最大允许预应变，这通常是薄膜极限应变的几十倍。通过近似理论结果与有限元仿真结果进行比较分析，得到了温度对翘曲结构的影响规律。本文为分析温度对柔性电子的影响提供了一个基本方法，包括关键温度，临界翘曲温度，温变材料结构的临界应变、波长和波幅等，有助于柔性/伸缩电子的制备，如光刻的套准精度，结构可靠性和热管理，以及橡胶基板制备进行优化（包括耦联浓度（cross-linker concentration），烘烤温度和时间等），以及伸缩电子的翘曲行为的预测和微结构控制等。; 个人分类: 科研|6192 次阅读|2 个评论

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标签: 结构力学

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