为研究聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-ECC)冻融后的拉伸性能, 分别对PVA-ECC试件冻融0、25、50、75、100、125、150次后进行拉伸试验, 通过试件表面特征和拉伸特征参数综合评价PVA-ECC冻融后的拉伸性能, 并采用向量自回归滑动平均(VARMA)模型探索冻融循环后拉伸特征参数之间的规律。结果表明, 冻融循环试验后, 试件均出现不同程度的损伤, 损伤程度随冻融循环次数增加逐渐增大。初裂强度与抗拉强度随冻融循环次数的增加逐渐降低, 拉伸应变与应变能随冻融循环次数的增加呈先升高后降低的趋势。基于试验数据建立了拉伸特征参数的关系式, 进一步揭示了冻融循环后拉伸特征参数的衰减规律。

为了对含多处损伤的悬臂梁结构进行损伤检测定位, 基于模态应变能法, 采用大型有限元软件ABAQUS进行模态分析, 使用其他设备进行模态实验测试, 获得了悬臂梁结构在损伤前后的低阶模态应变能, 并以应变能差值作为损伤指标对其进行损伤识别。仿真和实验结果表明, 利用模态应变能可有效地对含多处损伤的悬臂梁结构进行损伤定位。在方法有效性验证的基础上, 进一步综合分析了实验检测中测点布置、传感器数量、传感器位置以及模态阶数等因素对梁结构损伤检测定位的影响, 研究表明:; 利用前3阶模态即可对含多处损伤的梁结构进行损伤定位, 且测点布置间距与梁宽度相当时定位效果较理想; 此外, 传感器数量对损伤检测定位影响不明显。

建立了挠性支撑结构的力学模型及优化设计模型, 以使光学元件挠性支撑结构同时满足元件定位的刚度要求和温度适应性的柔度要求, 同时给出了相应的建模方法。考虑挠性支撑结构是由圆周对称分布的挠性单元组成的, 故将挠性单元简化为超静定梁结构, 应用虚功原理推导了挠性单元的径向及切向刚度。然后, 假设光学元件为刚性体, 根据力平衡条件及变形协调条件, 推导了挠性支撑结构的整体刚度, 并引入修正因子补偿了刚体假设带来的误差。最后, 以挠性支撑结构总变形能为目标函数, 推导了同时考虑挠性支撑结构几何构形及参数的协同优化设计模型, 通过引入了整型变量将结构整体刚度简化为整型变量和离散刚度的线性组合, 从而使优化模型中不含有谐波函数项。基于数值仿真和实验对结构刚度模型进行了验证, 结果显示: 实验、仿真和理论计算结果一致。此外, 以透镜支撑为例, 验证了挠性支撑结构的优化设计方法, 有限元分析结果表明, 透镜面形精度较初始设计提高了23%。

量子点中的应变场分布对量子点的力学稳定性、压电性能以及光电性能有着重要的影响。基于有限元方法，并考虑了InN/GaN材料的六方纤锌矿结构特性，分别对透镜形、平顶六角金字塔形和六角金字塔形量子点的应变分布进行了比较，结果表明应变主要集中在浸润层和量子点内，在讨论量子点中电子能级时必须考虑浸润层的影响。量子点内的应变分布及静水应变和双轴应变受几何形状的影响明显。此外还计算了三种形状量子点的总能量，六角金字塔形量子点总能量最小，而透镜形量子点总能量最大，因此六角金字塔形是最稳定的结构，而透镜形是最不稳定的结构。

通过实验分析了电活性聚合物在静电场中将机械能转换为电能的内部机理，研究了电活性聚合物发电原理，定量分析了电活性聚合物产生的电能。运用非线性连续介质力学理论，分析了Yeoh模型、Mooney-Rivlin模型和Ogden模型的不同应变能函数，建立了电活性聚合物变形特性的数学模型。讨论了电活性聚合物在不同状态下的力学特性，构建了能量收集方程及运动学方程。最后，基于电活性聚合物发电原理，采用丹佛斯生产的电活性聚合物材料建立了风力发电机实验装置平台。实验结果表明：电活性聚合物在10%应变状态下，充电电压为1 200 V时，一次循环收集的电能为13.7 mJ。这些实验为电活性聚合物致动器、传感器和微型发电机的研究奠定了理论基础。