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2011年全国塑性力学会议

2011年全国塑性力学会议

  • 召开年：2011
  • 召开地：北京
  • 出版时间： 2011-10

主办单位：中国力学学会

会议文集：2011年全国塑性力学会议论文集

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  • 摘要：经典的准热力学公设(如Drucker公设,伊柳辛公设和Ziegler公设)在弹塑性本构关系的构建中具有重要的作用.然而,经典的准热力学公设只能应用于等温条件下弹塑性变形的研究.1991年,本文第一作者将以上的准热力学公设推广到计及温度效应的情形,并在此基础上,给出了有限变形热弹塑性本构关系的理论框架.在本文中,首先对本文作者所提出的准热力学公设与其他作者所提出的准热力学公设进行了比较和讨论,进一步说明了本文作者所提出的公设的合理性.其次,根据以上的有限变形热弹塑性本构关系的理论框架,具体构建了增量型的热弹塑性本构关系,并基于非平衡态热力学,给出了材料在变形过程中的升温率表达式.最后,将以上结果退化到小变形情形,通过具体实例,在温度-应变空间和温度-应力空间中,讨论了材料的定容比热、屈服面(和后继屈服面)的温度依赖关系以及热-力耦合效应等因素对热弹塑性本构关系的影响.
  • 摘要：本文以亚微米尺度下单晶柱单轴压缩产生的新的应力—应变关系为主线，从实验数据、多尺度计算耦合方法和塑性理论多个角度论述了离散位错主导的晶体材料塑性行为。rn 在亚微米单晶柱单轴压缩实验中，原位观测到反常规本构现象。位错源作为塑性流动的主要载体，其形核、扩展、逃逸和湮灭对材料物理与力学性能具有重要的影响，因此，离散位错动力学是研究材料塑性变形机制的有力工具。正是位错动力学本身具有的无法体现有限变形和复杂边界条件等缺憾，提出了一个多尺度计算框架，将位错动力学与连续介质有限元方法耦合，解决亚微米尺度的晶体塑性和有限变形问题。另外，对晶体塑性理论模型进行了初步的讨论，并客观地阐述了当前多尺度晶体塑性理论的研究成果和不足。由于连续介质力学的理论和方法己很成熟，如果在研究亚微米尺度材料行为时能够很好地吸收和借鉴，定将促进晶体塑性理论的发展。
  • 摘要：本文从Johnson-Cook冲击动态本构模型出发,对模型中不同参数的确定进行了详细研究,对原始模型中一些参数进行了分别确定和合理改进,对Johnson-Cook模型在冻土材料的冲击动态性质中的描述和具体应用进行了探索性的研究.通过理论结果和实验数据的对比分析发现,Johnson-Cook模型能够表达应力骤升以及持续的高应力水平阶段,但不能够较好地模拟应力缓慢下降段,发现具体的参数选取对拟合的结果有很大影响.
  • 摘要：考虑金属材料的多晶集合体特征和细观塑性变形机制,结合纯铜的应变对称循环试验,进行了应变循环下金属细观变形不均匀演变及其与疲劳寿命的关联性的研究:进行晶粒内部应力-应变计算时,考虑了晶体塑性滑移的非线性运动硬化机制;采用Voronoi多晶集合体代表性单元模拟多晶金属材料的多晶结构,用改进的晶体塑性模型对拉压对称循环条件下多晶纯铜的循环滞回曲线和循环硬化进行模拟分析;对低周循环下多晶铜内部应力和应变的不均匀性进行晶粒尺度的统计分析,探讨了通过对金属材料应力-应变不均匀性演化进程进行代表性单元细观模拟和统计分析预测材料疲劳破坏的可能性.
  • 摘要：根据材料微观物理变形机制,建立了多晶材料有限变形条件下的弹塑性损伤本构理论.研究了两种加工硬化铝合金材料在单轴拉伸、纯扭转和拉扭组合比例/非比例加载下后继屈服面和弹性常数的演化.基于滑移构元的硬化规律和包氏效应对后继屈服面在比例和非比例加载下的演化规律进行了解释,给出了不同加载路径下后继屈服面之间的等效性质.理论分析为模拟结果与实验结果的误差来源分析提供了依据.
  • 摘要：本文采用Cauchy-Born法则并针对纳米柱试样的拉压变形情况计算给出了六种面心立方金属材料(Ag,Al,Au,Pd,Cu,Ni)的表面能密度值和体积应变能密度值.所得的表面能密度结果与他人采用不同方法所获得的对应材料的表面能密度值相吻合;进一步基于所获得的体积应变能密度与采用应变梯度理论所获得的体积应变能密度进行关联,获得了针对上述六种金属材料的特征长度值,其值均处于亚微米尺度范围.本文给出了一种新的确定材料特征尺度的方法,由该方法获得的材料特征尺度更具物理意义,从而为深入研究材料微纳米尺度及跨尺度力学理论、发展跨尺度力学性能实验方法建立基础.
  • 摘要：块体非晶合金(也称金属玻璃)是近年涌现的一类新型结构材料,因具有优异的力学性能,在国防、空天等领域显示出广阔的应用前景.然而,室温下该类材料的变形极易形成纳米尺度剪切带,而剪切带的快速扩展往往导致材料的宏观脆性破坏,从而极大地限制其广泛的工程应用.因此,该领域广泛关注的核心科学问题是:纳米尺度剪切带形成与演化动力学.本文以Zr基非晶合金为研究对象,系统研究弯曲载荷下多重剪切带群体演化行为.不同厚度的非晶合金弯曲实验表明,在试样的拉伸端和压缩端涌现按一定间距排布的多重剪切带,两端的剪切带呈现不对称行为并强烈依赖试样的特征尺寸.基于非晶合金自由体积本构模型,数值分析了弯曲载荷下试样厚度及自由体积分布对多重剪切带演化行为的影响.进一步,给出了剪切带形核与扩展竞争的物理机制.
  • 摘要：本文简要综述了作者及其团队近十多年来在这一领域的系统研究成果——结构塑性极限与安定分析的数值理论及其在压力容器与管道安全评定方面的工程应用.重点介绍了多种典型的先进数值计算方法的特点和思路,阐述了应用极限与安定分析理论解决工程实际问题的一般方法、思路和过程,突出展示了典型、成功的工程应用案例.这些成果既有理论创新和发展,又解决了工程中关键技术难题,形成了较为完整和一般通用的应用理论体系,构成了我国在这一领域的重要系统性创新成果,已被中国国家标准(GB/T 19624-2008)和政府技术规范采纳.
  • 摘要：本文研究了海床与连接深水吸力锚基础的锚泊线在三维空间内的接触问题.基于静力平衡和承载力理论,得到锚泊线微元段与塑性海床相互作用的控制方程,并建立用于计算锚泊线由海床触地点至系点处的荷载传递和三维形态的准静力数值模型.利用该模型,首先计算了锚泊线在不同预张力水平下的形态和张力分布;然后,以此为基础,得到在服役阶段的浮体运动和环境荷载作用下埋入海床段锚泊线的响应,并给出了锚泊线预张水平选择的一些建议.
  • 摘要：本文通过对两端固支钢梁的动力响应进行有限元数值分析,考察两个与应变率相关的本构模型:Cowper-Symonds(C-S)模型和Johnson-Cook(J-C)模型对结构行为的影响,比较两个相应计算结果的一致性.计算表明,C-S模型中应用于软钢的两个应变率参数D=40.4,q=5,对于低合金钢Q345也是适用的.文中还建议一个基于J-C模型的公式,以计算受冲击钢梁的永久挠度.
  • 摘要：蠕变损伤是高温构件失效的一个重要因素.为了预测构件在蠕变环境中的疲劳寿命,材料的高温疲劳裂纹扩展被广泛研究.本文结合扩展有限元法和粘聚力模型,对镍基合金高温下的疲劳裂纹扩展行为进行了数值模拟.在试件裂纹尖端区域,引入粘聚力模型来描述局部材料的力学行为.并提出了一个修正的蠕变损伤演化方程来累积循环载荷下的蠕变损伤.疲劳和蠕变损伤分别采用独立的演化方程,并以线性关系进行累加.仿真结果与实验数据进行比较,以此来验证损伤模型及方法.结果显示数值模拟与实验数据吻合,粘聚力法有能力模拟更加复杂的载荷情况和复杂试件几何结构下的蠕变-疲劳裂纹扩展.
  • 摘要：本文研究刚性卵形弹正穿甲三层泡沫铝复合层靶,泡沫铝复合层靶由不同密度和厚度的泡沫铝板叠合形成.正穿甲过程中采用动态球形空腔膨胀理论建立了泡沫铝与子弹之间的作用力关系.根据子弹与靶体材料的接触情况,将整个穿甲过程分为11个阶段,并建立了每阶段的运动方程.采用数值方法求解穿甲过程中各时刻子弹的侵彻深度、速度和加速度,并以此为基础进一步研究了相同当量密度泡沫铝复合层靶的板层排列方式对抗穿甲能力的影响.
  • 摘要：本文综述了大型锻件的锻造工艺特征及其对热锻工艺数值模拟的技术要求;讨论了当前大锻件工艺数值模拟面临的一些技术难题;列举了当前该域的某些研究进展,特别是大锻件工艺数值模拟与晶粒度预测与工业应用的案例.基本结论是,大锻件锻造工艺数值模拟技术是提高大锻件锻造工艺水平和产品质量的绿色、高技术工具,鉴于"改性"在大型锻件锻造中的重要地位,目前锻造工艺数值模拟技术在软件功能、计算水平方面与工业的实际需求还有相当大的差距,重点攻关的课题是从理论、实验和算法三个方面解决热锻中的微观组织预测所遇到的难题.
  • 摘要：本文对立方体卫星整体建模进行不同撞击角度和不同撞击速度下的超高速撞击数值模拟.对数值模拟的准确性进行验证,使用参考文献中的实验数据,对比同样参数下数值模拟的情况,得到了数值模拟可靠的结论,可以使用数值模拟的方法进行铝合金材料动态力学行为的研究.由于斜撞击不能使用二维模型,在建立三维模型时如果都用SPH方法离散计算过程所需计算量过于巨大,在撞击附近区域采用SPH方法离散,对于较远处影响不大区域使用Lagrange网格进行离散.对于不同工况进行数值模拟:对正撞击进行不同速度下的数值模拟,得到不同撞击速度下前板,后板和侧板的破坏情况,前板和后板穿孔直径.对同一种速度下,不同角度斜撞击进行数值模拟,得到不同角度下前板后板和侧板的破坏情况,前板和侧板的破坏范围.结合热电离理论冲击过程中局部温度与电离度之间的关系,得到撞击过程中产生等离子体电离度,对比验证试验中测得的等离子体参数,分析误差.通过获得立方体卫星超高速撞击过程中碎片云局部温度,得到局部等离子体电离度,分析超高速撞击产生的等离子体对卫星可能产生的影响.
  • 摘要：本文应用线性摄动分析方法得到了平面加载条件下材料失稳的临界判据，讨论了特殊加载情况下材料的失稳模式，分析了平面应变加载状态下材料的失稳行为。得到以下主要结论: 不同于简单剪切加载条件下材料的失稳准则，平面加载条件下的失稳准则考虑了正应力、正应变率对材料失稳行为的影响，失稳形式可以是局部热软化失稳，或是非局部的热软化失稳。当材料热软化效应超过应变硬化效应时材料发生失稳。与剪应力和剪应变率一样，正应力、正应变率和热传导效应等均对热软化效应产生明显影响。因此是控制材料失稳行为的主要因素。通过失稳相图分析表明材料发生失稳的临界条件和模式与加载状态相关，并取决于拉压变形和剪切变形塑性耗散功率的比值。在拉剪复合应力加载条件下，当该塑性耗散功率之比增大到3:1时材料不发生局部热软化失稳;在压剪复合应力加载条件下，当该塑性耗散功率之比增大到1:4时材料不发生局部热软化失稳。在材料塑性变形的临界状态，如果材料维持应变硬化，材料变形表现出稳态的塑性流动;如果材料发生应变软化，材料或发生非局部热软化失稳，或经历长时稳态的塑性流动变形。材料的局部热软化失稳行为表现出较强的压力敏感性。
  • 摘要：本文采用单晶塑性有限变形理论,对Ni微柱体应力-应变关系曲线进行理论描述,提出了能够反映尺寸效应的修正PAN强化模型,提出了适用于各个尺度的相关参数的数学关系式,并在刚塑性和弹塑性假设下对Ni柱体在单滑移条件下的应力-应变特性进行了理论计算.经与文献中已有的实验结果对比发现,理论计算结果与实验测得的应力-应变关系曲线较为接近.这表明,经典的单晶塑性连续理论能够较好地描述微米尺度的Ni柱体的塑性变形行为.
  • 摘要：综合考虑捏拢效应、P-△效应、强度退化、刚度退化等典型滞回特性的影响,研究建立了非弹性单自由度体系地震动力响应分析的新型单轴Bouc-Wen模型.首先利用幅值递增的简谐荷载,分析了模型参数对非弹性恢复力-位移滞回曲线的影响,并验证了该模型的适应性;然后根据非弹性单自由度体系的地震动力响应,讨论了捏拢效应和P-△效应对非弹性位移和恢复力-位移滞回曲线的影响.计算结果表明,捏拢效应和由重力引起的P-△效应可以使恢复力-位移滞回曲线发生明显的单向偏移,对最大非弹性位移和残余变形的影响较大,而由竖向地震激励引起的P-△效应对非弹性地震响应的影响较小.
  • 摘要：由于人类对压力容器的经济性和安全性要求不断提高,考虑材料应变强化性能,对结构进行大变形分析具有非常重要的实际意义.本文针对内压条件下薄壁圆筒和球形压力容器,首先回顾其压力与应变的关系式;然后分析其塑性失稳条件;最后进一步分析其塑性失稳压力,即压力容器的承载能力.
  • 摘要：针对人工加工初始缺陷的棒状45号钢和Glidcop试件,进行应力控制的低周疲劳实验并观察其表面微裂纹的扩展行为,试验结果表明,同种材料试验加载应力与疲劳寿命在双对数坐标下线性变化的斜率相同,与缺陷小孔存在与否无关,说明它们的疲劳破坏机制是相同的;初始缺陷越大,试件的疲劳寿命相应越低,但是高应力状态下孔径大小对于试件后期裂纹扩展速率的影响不大;裂纹扩展速率与加载应力及循环数均相关,其中与前者成幂函数关系而与后者成对数关系.本试验针对Glidcop材料在低周疲劳下的损伤累积特性研究,将为今后该材料的性能研究提供一系列的实验数据和研究方法,有益于拓宽该材料的重要工程应用.
  • 摘要：以聚氯乙烯(PVC)板材作为试验材料,制作成单向拉伸试件,在室温条件下,进行相同速率不同缺陷尺寸和相同缺陷不同拉伸速率下的拉伸实验.运用项目组自主研发的高聚物热致磁效应全域测量系统和红外热像仪对高聚物热致磁效应及其温度场进行了量测.实验结果表明,含缺陷PVC板材在拉伸过程中,在弹性变形阶段(区域),出现温度低于室温的弹性降温现象;而在粘塑性变形阶段(区域),由于拉伸载荷和粘塑性变形热等热-力耦合作用导致温度急剧升高,并明显地高于室温,从而导致热致磁效应,且这种热磁效应强度强烈地依赖于应变速率和缺陷尺寸,在此基础上提出了材料屈服的温度条件.
  • 摘要：材料性质在很大程度上依赖于材料的微结构,控制和预测微结构演化在材料设计中至关重要.同时伴随材料的生长,在其内部会产生很大的内应力,因此能有效预测和模拟微结构演化过程中应力和非均匀材料性质的变化规律对有效地设计和加工材料有重要意义.本文提出一个新的相场模型,该模型同时考虑了与时间相关的相场,温度场及应力场的演化,并在平面应交假设下模拟了枝晶的生长过程.本模型的特点是采用弹塑性本构关系进行应力分析,考虑了热膨胀、凝固及应力对相变的影响,并在模型中考虑了空间材料弹性性质在相变过程的演化过程,并将其耦合到应力的变化过程中.采用有限差分格式对所得方程进行数值求解,在此基础上,对单个晶粒和三个晶粒的枝晶生长进行了二维数值模拟.数值结果表明,在枝晶生长过程中会产生复杂的应力,非均匀弹性性质的演化对应力的分布及大小有很大的影响.对多枝晶形貌演化的模拟结果表明,晶粒间的力及热的相互作用影响晶粒凝固过程中的形貌演化.特别地,这种相互作用伴随着产生复杂的应力分布.这些研究结果对理解和模拟枝晶凝固过程力及形貌演化过程有着重要的指导意义.
  • 摘要：为研究电子封装中微焊点与测试板的Cu盘间由于回流焊接形成的界面共合物IMC过渡层的微观结构及其力学性能,按照接近真实回流焊接工况的方法制备了试件,采用SEM(扫描电镜)和EDX(能谱X射线)界面方法分析了过渡层的组成成分和厚度.采用纳米压痕实验测试过渡层IMC的硬度、弹性模量,并进一步验证电镜线性扫描得到的IMC层的大致厚度,同时纳米压痕测试同种工况下的无铅焊点和铜盘并与IMC层力学性能进行比较.
  • 摘要：煤矿冲击地压释放大量的能量,造成支护摧毁和巷道严重破坏.对泡沫铝系列材料进行动力学性能测试,寻求缓冲吸能性能良好的泡沫材料;将泡沫材料设置在支护体中,研究吸能支护结构;利用相似模拟试验方法,分析爆炸载荷条件下吸能支护的效果,为进一步研究煤巷防冲吸能支护提供有力参考.
  • 摘要：自然单元法集合了无网格法和有限元法各自的优点，并克服了二者存在的不足，是一种发展前景广阔的新型数值方法。本文建立了进行结构弹塑性动力响应分析的无网格自然单元法，弹塑性动力学积分弱形式的推导采用加权残数法，空间离散采用无网格自然单元法，时间离散采用预校正形式的Newmark方法。数值算例表明，本文提出的方法能够有效用于结构的弹塑性动力响应分析问题的求解。
  • 摘要：本文在线性硬化弹塑性模型的Ⅰ型平面应力条件下，利用Eshelby等效夹杂理论，考虑了塑性区与区外K场控制的弹性区的相互作用，通过迭代的数值分析方法，推导了修正后裂纹尖端塑性区域的形状和尺寸。结果表明:对于一种特定材料，即恒定n，裂纹尖端塑性区域随迭代次数出现振荡变化，最后趋于稳定。稳定的塑性区域比初始的塑性区域要小。表明塑性区域受到区外K场控制的弹性区的约束。塑性区域随着n增大，即材料硬化模量减小，达到稳定的塑性区域的所需迭代次数越多，稳定时的塑性区域越小。从界面角度看，表明材料硬线模量减小，即弹性模量差距越大，两相越难匹配，相互作用越大，经过更多次迭代才能达到稳定的较小的塑性区域。
  • 摘要：采用数值模拟方法分析了绝热剪切带在发生匀速剪切变形的板中的传播特性,采用Johnson-Cook热粘塑性本构关系和Johnson-Cook损伤断裂模型模拟材料的变形和破坏特性,采用ABAQUS分析了有限长度和有限宽度的金属板在不同应变率条件下,内部绝热剪切带的发生及动态传播过程,得到绝热剪切带传播的平均速度与施加应变率之间的依赖关系.
  • 摘要：介绍了屈服面及其演化方面的实验结果和理论模型;总结了塑性力学所面临的挑战;重点探讨了屈服面演化中的畸变、尖点、包氏效应和正负交叉效应等特征及应对想法.介绍了基于物理机制建立塑性本构模型来研究屈服面及其演化规律的方法.
  • 摘要：基于以下认识:形状记忆合金是马氏体和奥氏体的混合物,其特性是两组成相各自特性的组合以及各相的体积分数随外加热力载荷动态变化,发展了形状记忆合金一种本构模型.采用Voigt近似,认为马氏体的应变包含弹性应变、热应变、重取向应变和塑性应变,而奥氏体的应变包含弹性应变、热应变和塑性应变,采用热力学相容的简单机械模型,并在Tanaka的相变模型中引入塑性变形对马氏体逆相变的影响,得到了形状记忆合金的本构模型.发展了相应的算法,对形状记忆合金的铁弹性、伪弹性和塑性特性进行了描述,并与试验结果进行了比较.结果表明,所发展的模型能很好地描述形状记忆合金的相变、重取向和塑性特性,能够描述塑性变形导致的As和Af的升高及其对马氏体逆相变的影响等.
  • 摘要：本文结合拉丝失效两个主要方面，从理论分析和数值建模角度对拉丝失效的研究进展进行了全面的阐述。拉丝形变是一个多重物理过程，随着研究的深入，金属塑性加工领域的分析理论越来越成熟，其中蕴含的各种现象也逐一为人们所关注。拉丝问题中存在的应变不均质性、残余应力的影响、粘塑性大应变和温度的软化效应等复杂现象开始引起关注，这也为如何建立拉丝形变的合理模型提出了新的挑战。rn 本着对生产工艺不断完善和成品质量更优的不懈追求，钢丝拉拔问题的研究还将得到人们持久的关注。当前的研究已经有相当成熟的理论和应用成果，但综合性和相关性较差。从物理学角度看，钢丝拉拔涉及到变温、摩擦、各向异性、粘塑性等特征，这些特征彼此间的耦合目前并无综合性研究。从力学范畴看，不管是理想的初始无缺陷还是实际生产的含初始缺陷盘条，劣化过程可视为损伤演化阶段、损伤局部化后的宏观裂纹启裂、扩展、失稳阶段。这两个阶段的研究有着本质的区别，同时又相衔接。目前的研究或侧重损伤理论范畴或侧重断裂理论范畴，未能体现两个阶段既相互衔接又相互独立的特征。笔者在上述研究的基础上，将对拉丝问题展开更系统的研究，大体思路如下:对于Gurson型多孔模型，探索孔洞闭合效应的描述，在Komori研究成果的基础上精细化研究，侧重损伤演化规律和损伤局域化的研究。尝试在不可逆热力学框架下，考虑拉丝的变形不均质、延性，物理上非等温、粘塑性等特征，建立严格意义的损伤模型。连续性研究:按照事物的发展规律，工件的断裂发源于微缺陷，微缺陷演变局部化后形成宏观裂纹，宏观裂纹扩展至最后失稳断裂，为其演化的全过程。工件的初始劣化属于损伤力学范畴，宏观裂纹形成后裂纹扩展直至断裂属于断裂力学范畴，这两个范畴的理论各成体系，应该严格加以区分。产品质量后续研究:成品的品质评价，如扭转性能(偏表面的损伤的影响)和疲劳寿命。
  • 摘要：民航客机在起飞和着陆过程中滑出跑道时,很容易酿成机毁人亡的惨烈事故.工程材料拦阻系统(EMAS)可以有效地解决这一问题.它能够使滑出跑道的客机平稳停止而不至由于过大的惯性载荷对乘客和起落架造成损害.本文分析了一种由泡沫混凝土材料构成的拦阻系统的解决方案.针对泡沫混凝土可高度碎化吸收能量的特点,建立了机轮与拦阻材料相互作用的力学模型,并给出了机轮所受水平阻力表达式.在此基础上,建立了飞机拦阻动力学方程并给出了数值预测结果,得到了优化的设计方案.该结果可为拦阻跑道的试验、设计提供理论依据。
  • 摘要：本文研究了向列相液晶弹性体中指向矢偏转与其塑性行为之间的关系.本文建立的向列相弹性体在单轴拉伸情况下的连续介质模型表明:当拉应力达到某一临界值时,向列相弹性体的指向矢将发生偏转,同时向列相弹性体将在不显著增加拉应力的情况下产生十分显著的自发变形.当卸载完成时,向列相弹性体留有残余变形即塑性变形,这一残余变形在数量上等于指向矢偏转所带来的宏观变形.
  • 摘要：展开型定向战斗部可以将破片全部朝向目标方向,实现对目标最大程度的毁伤,但其较长的展开作用过程时间成为实现最佳引战配合的难题.本文应用ANSYS/LS-DYNA非线性动力有限元软件对展开型定向战斗部的展开过程进行了数值模拟研究,分别采用Lagrange算法和ALE算法,对比了两者之间计算结果的差别.为了减小计算量,对模型在厚度上简化,发现在径向有无约束情况下不同的简化厚度对计算结果产生很大的影响,对此情况进行了对比并得到了最佳计算模型厚度.获得了Lagrange算法删除炸药的最佳时间,为展开型定向战斗部的设计提供有效的理论依据.
  • 摘要：本文对金属泡沫夹芯曲板、夹芯平板、单层实体曲板和平板结构的抗爆炸冲击响应进行了有限元分析,比较了同等质量下四种结构的抗爆炸冲击性能,讨论了相关结构参数对夹芯曲板结构抗爆炸冲击响应的影响.研究结果表明:金属夹芯曲板结构的抗爆炸冲击性能优于同等质量的夹芯平板、单层实体曲板和平板结构;同等质量情况下,减小夹芯曲板结构的外表板的质量,有利于泡沫芯材变形吸收冲击能量,提高金属夹芯曲板结构的抗爆炸冲击性能.
  • 摘要：固体材料受力后从弹性发展到塑性,再发展到破坏,表明屈服与破坏是不同的.就岩土材料的破坏提出了应力场中点破坏和整体的面破坏两种概念,并用传统极限分析法定义了材料的面破坏准则.传统极限分析方法已有百年以上的历史,尤其在岩土工程中广为应用,并作为设计的依据,但传统极限分析法的适用范围有限,诸多工程问题无法求解,影响了它的发展.近年来,数值分析方法与极限分析相结合,形成了数值极限分析方法,极限分析方法的适用范围大幅扩大.论文就传统极限分析法与数值极限法的内涵、特点做了深入的分析,论证了极限分析方法的可靠性,比较了两种方法的不同点与优缺点,也指出了数值极限分析法存在的问题,最后举例说明了数值极限分析方法在岩土工程中的应用.
  • 摘要：通过实验和数值模拟研究了混凝土材料在冲击载荷下的动态特性.采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,得到C40混凝土试件的原始电压-时间波形曲线,换算得到相应的应变-时间波形.利用LS-DYNA程序对不同围压下混凝土试件的SHPB实验过程进行了数值模拟.通过模拟的数据,例如入射杆、透射杆和钢环的应变幅值和波形曲线等,与实验结果相比较,证明采用的数值模拟方法是可行的.
  • 摘要：已有的实验测试结果表明,几何特征尺寸处于微米量级的单晶金属与其宏观块体有许多明显不同的变形特征,且表现出强烈的尺寸相关性.本研究采用各向异性晶体塑性理论,结合有限元计算方法,对直径处于数毫米到数十微米的单晶镍(Ni)柱体在单轴压缩、单滑移条件下的变形过程进行了分析.研究采用PAN模型来描述晶体塑性的强化特性,并对照文献中的实验数据,对不同尺寸Ni微柱体选取了与其对应的PAN模型参数.从计算结果来看,晶体塑性有限元模拟与实验测得的应力-应变结果比较吻合.并且,计算所得的各模型参数随着微柱体的几何尺寸的不同而不同,呈现出与实验结果一致的尺寸相关性.这说明,PAN强化模型基本上可以描述该尺寸范围内Ni单晶金属的塑性变形特征.
  • 摘要：应变局部化现象在岩土材料受载变形破坏过程中十分普遍,其一般与固体介质特别是岩土材料中的塑性流动和破损有关.本文针对煤岩变形过程中的应变局部化现象及变形破坏特征开展数值模拟研究.基于煤岩样受载前的微焦点CT扫描数据,揭示了样品内煤岩介质空间分布的非均匀性,构建了真实反映煤岩介质分布的数值模型,并将该模型导入有限差分程序FLAC3D进行单轴压缩条件下的变形局部化特征分析.由煤岩介质分布非均匀性所造成的模型中应力和变形的非均匀性在结果中得到了充分体现.该方法较以往数值模拟方法不仅能更真实地反映模型材料空间分布的非均匀性,而且能较好地获得材料变形破坏过程中应变局部化特征.
  • 摘要：本文在流体弹塑性模型中引入包氏效应,并使用线性随动强化模型来描述包氏效应.将所提出的模型加入到新近开发的欧拉型数值程序Super CE/SE中,模拟了玻璃制球形弹丸以6km/s的速度撞击金属靶板的全过程.通过数值分析,发现包氏效应对层裂过程有着明显的影响,考虑包氏效应的数值结果比不考虑包氏效应的数值结果更加接近实验数据.
  • 摘要：本文采用Euler方法,将弹体及靶板周围的空气作为一种特别的物质,其密度、应力及速度由周围网格加权得到,而将距离弹体及靶板较远的空气视为空物质,有效地抑制了数值振荡,并保持了较好的物质界面;考虑到程序的可移植性,采用国际流行MPI编程模式设计出相应的并行程序MMIC3D.计算结果表明与实验结果及商业软件计算结果较为符合,同时也增大了计算规模,加快了计算速度.
  • 摘要：纤维增强树脂基复合材料层合板在非主轴向加载时会产生明显塑性变形，建立复合材料的弹塑性本构关系对于复合材料结构的工程应用具有实际意义。以对称铺设层合板[±45]ns试验件简单加载为模型，分析了应力和应变状态，通过给定单层的弹塑性变形关系，导出应力状态关系式。分析表明，单层主轴向的正应变远远小于剪应变，层合板变形主要是由剪应变引起，较大的剪应变是引起塑性变形的主要原因。塑性应变可用应力的奇次幂函数表达，给出单层主轴向塑性应变与剪应力的指数关系式(13)，推导出加载方向塑性应变与正应力的表达式(15)，说明采用±45°层合板测定塑性参数的合理性。通过纤维增强树脂基层合板试件的拉伸试验，测定出塑性指数n=7，从而确定出单层主轴向的弹塑性本构关系。
  • 摘要：考虑晶粒长大的超塑性本构模型中材料参数通过反分析方法进行.首先给出需要识别参数的超塑性本构模型,然后以使晶粒尺寸-时间关系和应力-应变关系计算值和试验值差值的加权平方和最小化为目标,构造目标函数;基于参数物理意义和数值结果给出参数取值范围.基于目标函数特性构造一全局优化算法,该算法吸收遗传算法能进行全局搜索的优点和Levenberg-Marquardt算法和增广Gauss-Newton算法收敛速度比较快的优点.最后以Ti-6A1-4V为例,应用构造的算法识别超塑性本构模型中的材料参数.
  • 摘要：基于考虑中主应力影响的黏性材料的SMP屈服准则,分别考虑采空区侧和巷道围岩两种不同受力环境,得出了上述两种条件下的煤柱宽度的计算公式.同时本文采用极限平衡理论推出平面应变下煤柱塑性区宽度的理论公式,并通过改变煤体的内摩擦角(φ)和内聚力c,与以Mohr-Coulomb准则计算所得煤柱塑性区宽度比较表明,采用传统方法未能充分考虑煤体的极限强度,使得煤柱尺寸的设计较为保守,因此基于黏性材料的SMP准则下的煤柱宽度计算不仅很好地符合实际,同时对于提高矿山开采效率具有意义.
  • 摘要：建立在摩尔-库仑相关联流动法则基础上的三维边坡稳定塑性力学上限分析方法已在水电工程中获得了应用,但是该方法要求条柱以摩擦角大小剪胀,有可能使得物理和几何条件不成立.因此本文在非相关联流动法则基础上构造了三维滑坡体的虚拟速度场,通过在虚拟速度场上建立滑坡体的功能平衡方程,建立了一种三维边坡稳定机动分析方法,并将这种方法成功地应用到向家坝水电站深层抗滑稳定性分析中.计算结果表明,该方法可以有效地解决由于剪胀角过大引起的速度场不收敛问题,为重力坝抗滑稳定设计提供了一种新的方法.
  • 摘要：Prasad提出的二维加工图描述了不同应变速率和温度条件下的功率耗散值分布与流交失稳区域分布,可获得最佳的加工变形区域,但由于其不包含应变,不能反映应变对可加工性的影响.本文建立了包括应变的三维加工图,描述了功率耗散系数和流变失稳区域随温度、应变速率和应变的变化,解决了具有明显应变软化效应的合金(如镁合金)热变形时可加工性对应变的敏感性问题.以两种镁合金AZ31B和ZK60为例,对三维加工图的结果进行了分析,并将三维加工图与有限元相结合来进行材料成形过程的可加工性分析.
  • 摘要：利用准静态试验机和Hopkinson拉杆装置对高强结构钢DH-36在温度从296K到800K、应变率从0.001/s到大约2500/s的拉伸塑性流动应力(应变超过25％)进行了系统的试验研究,试验测试结果表明:在所试验的温度和应变率范围,低的应变率下,第三种应变时效现象出现,随应变率的增加,第三种应变时效应力峰值将移至更高温度区或消失;在第三种应变时效温度区经过变形后,DH-36钢的强度会提高,而它的韧性(即破坏应变)并不变化.最后,通过对试验数据的系统分析,并基于金属塑性流动的位错运动学和动力学概念,建立了一个物理概念本构模型,此模型包括第三种应变时效现象.通过比较此模型在较宽温度和较宽应变率范围内能很好的预测高强结构钢DH-36的塑性流变应力.
  • 摘要：由于管道在铺设过程中的埋深对管道工作中的行为有着重要影响,海洋管道在铺设过程中的管土相互作用非常重要.目前,公开发表的大部分研究成果均针对单位长度管道单元的管土相互作用进行研究,而忽略了铺设过程中的铺设效应,或者将海床简化成简单的线弹性地基.本文的目的在于揭示塑性海床上J型铺管过程中的管土相互作用机理.该模型由15个非线性方程组成,模型中管道的位移,倾角,弯矩和剪力均保持连续.以该模型为基础,通过解析分析,对管道铺设过程中的静力和动力铺设效应对管道埋深及土体抗力的影响进行了定量研究.此外,通过将本文的计算结果与传统弹性海床模型进行比较,发现海床模型对管道的内力和土体抗力分布有着重要影响.
  • 摘要：本文通过对于危险路段设置的防护栏在汽车冲击下的力学响应,来分析现行两波型半刚性防护栏体系对阻止汽车撞出防护栏造成巨大人员伤害结果的能力.数值计算在ABAQUS下进行,并对于ABAQUS单元库中的壳单元的力学性能进行了分析.有限元计算的结论可以为评估交通护栏体系安全性提供参考,也可以为以后的护栏体系优化设计提供借鉴.
  • 摘要：对1Cr18Ni9Ti不锈钢(又称321钢)在应力控制循环加载下的棘轮行为、疲劳失效行为以及它们之间的交互作用进行了系统的实验研究.讨论了在室温下不同平均应力、应力幅值等因素对321钢的全寿命棘轮行为和疲劳寿命的影响.同时,对不同应力循环加载工况下的应变幅值响应进行了分析,讨论了棘轮-疲劳之间的交互作用影响.实验结果表明,321钢的全寿命棘轮行为和疲劳寿命明显依赖于单轴循环加载下的平均应力和应力幅值,并发现321钢在室温下的应力循环疲劳失效有两种机制:一种是在平均应力水平较低时,主要由低周疲劳产生的疲劳失效机制;一种是在平均应力水平较高时,由较大的累积塑性应变产生的棘轮失效机制.
  • 摘要：本文利用ABAQUS有限元软件提供的用户自定义子程序(UMAT)，将一种基于应力三轴比的混凝土损伤准则添加到ABAQUS的材料库中，并用VLIARM子程序将自定义的损伤变量输出显示出来。通过对例题进行计算，表明该损伤准则可对材料破坏进行较好的模拟，还表明利用ABAQUS材料接口引入材料本构的可行性，本次开发是成功的。由于编程中只关注材料本构，因此，此法减小了数值模拟的难度和工作量，使对含复杂本构材料的大型结构进行数值模拟成为可能。
  • 摘要：材料在快速拉伸变形过程中常常会断裂成多个碎片.针对脆性材料的拉伸碎裂过程,作者等人曾提出"最快速卸载理论":在一个自然碎裂过程中,断裂点的平均间距保证使受拉伸体以最快速度释放载荷.对于韧性材料,研究表明Grady-Kipp公式可以较好地预测韧性材料在高应变率拉伸碎裂过程产生碎片的平均尺度.本文从最快速卸载的角度出发,数值模拟了有限长度的一维弹塑性杆在高应变率拉伸变形过程中的断裂现象.在给定应变率下,杆断裂成两段.通过计算不同长度杆的断裂卸载时间,得到杆以最快速度实现完全卸载所对应的最佳杆长度,并以此间距估算韧性固体在自然动态碎裂过程中的平均碎片尺度.将此数据与Grady-Kipp公式结果进行对比,证明两者基本一致.因此阐明Crady-Kipp公式是"最快速卸载理论"在韧性材料碎裂中的体现.
  • 摘要：本文利用基于细观机制的应变梯度晶体塑性本构模型(MSG-CP)数值模拟了面心立方单晶体微划痕实验过程,并以此阐明超精密切削过程中切削深度处于100nm及以上时观察到的尺度效应.每一开动滑移系的滑移阻力认为源于统计储存位错和几何必需位错的共同作用.基于MSG-CP模型,在Abaqus平台上开发了用户材料子程序(UMAT).以沿切削方向的切削力同工具/工件接触面在与切削力垂直面上有效投影面积之比来定义和描述微划痕过程的尺度效应.通过改变处于亚微米水平的切削深度所获得的计算结果表明了切削力同切削深度的相关性,即尺度效应的存在,也表明MSG-CP模型在分析超精密加工过程时的有效性.

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