实验-数值杂交法在材料力学性能研究中的应用

摘要

随着材料科学的迅速发展,新型材料与结构的功能越来越多,其性能也越来越复杂,确定这些复杂的性能往往是单一的实验或数值计算难于解决的问题。实验与数值计算相结合的杂交法的特点是将实验测试技术与数值计算与反问题求解与力学模型有机的结合起来,以适当的力学模型为基础,以丰富的实验数据和实验结果为约束条件和参照目标,能够实现复杂问题中的多变量的参数识别与提取,能够实现非线性问题的杂交求解,能够适用于对非线性的、多参量的问题的求解及复杂的工程材料性能的研究,具有重要的科学意义和工程应用前景。本文以实验.数值杂交方法在复合材料和黏弹性材料力学性能的研究为主要内容。
　　 本文在一种新的基于实验的半闭环的杂交反演分析方法对双金属板力学性能研究的基础上,以双金属复合板为研究对象,设计了一个弯曲实验,基于实验测得了双金属板整体的连续的非线性力学响应,结合弹塑性本构模型及有限元数值计算,从反问题的基本特点出发,分析和解决了反问题解的不适定性的验证问题。结果表明了实验-数值杂交法能够应用于真实材料的弹塑性非线性性能研究中,是一种新的材料力学性能研究的途径。
　　 同时,按照实验-数值杂交方法的基本思想,本文成功地将这种反演方法应用到时间相关性材料-黏弹性材料力学性能的研究工作中,建立了黏弹性材料性能参数识别的技术路线,设计并进行了相应的三个实验。通过蠕变实验测量得到的位移或应变与时间的关系曲线,结合黏弹性正问题计算模型,最终将黏弹性材料参数的识别问题转化为一个多目标优化问题,并利用基于梯度优化算法,编制了相应的识别迭代程序,说明了各模块的功能和操作过程。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 实验-数值计算方法概述

1.1.1 实验-数值计算方法的研究背景

1.1.2 实验-数值杂交法的应用现状

1.2 基于实验的杂交反演分析方法的优势

1.3 反问题及其求解方法

1.3.1 反问题的概念和研究现状

1.3.2 反问题求解的特点和难点

1.3.3 非线性反问题求解方法

1.4 本文的选题意义和主要工作

第二章 双金属材料板的参数识别及结果讨论

2.1 双金属材料板的参数识别过程

2.1.1 利用实验-数值杂交法对双金属材料非线性力学性能反演识的基本思路

2.1.2 识别方案的实现

2.1.3 识别结果讨论

2.2 独立双金属材料板的目的及实验

2.2.1 双金属材料板实验及理论模型

2.2.2 补充实验的结果分析

2.3 本章小结

第三章 黏弹性材料参数识别

3.1 黏弹性研究的基本情况

3.1.1 黏弹性基本理论

3.1.2 黏弹性研究已有工作和各自的特点

3.2 本文采用的方法和弹性解的求解、迭代格式的推导

3.3 利用实验--数值方法对真实黏弹性材料进行参数识别的方案及其实现

3.3.1 利用实验--数值方法对真实黏弹性材料进行参数识别的方案

3.3.2 利用实验--数值方法对真实黏弹性材料进行参数识别方案的实现方法

3.4 本章小结

第四章 黏弹性实验及识别程序编制

4.1 黏弹性实验的基本情况

4.1.1 纺锤形试件的拉伸实验

4.1.2 矩形试件的蠕变实验

4.1.3 圆板试件的蠕变实验

4.2 优化识别程序的编制

4.3 本章小结

第五章 总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢