弹塑性力学

摘要： 行星滚柱丝杠副(Planetary roller screw mechanism,PRSM)是一种新型重载传动装置。额定静载荷是反映其承载能力的关键指标。针对目前PRSM额定静载荷计算方法不统一、计算结果差异大等问题,阐述了以滚珠丝杠、滚动轴承、屈服极限和弹塑性线性强化为基础的4种PRSM额定静载荷计算方法并建立相应计算模型,对比分析了结构参数对4种方法所得额定静载荷的影响规律;建立了PRSM弹塑性接触有限元分析模型,对4种计算方法的准确性进行了对比验证;提出了一种基于滚动轴承标准改进的PRSM额定静载荷计算方法。结果表明,以滚动轴承为基础的额定静载荷计算结果与有限元结果符合较好;所提出的改进计算方法,使其计算误差平均值从17.03%降至8.90%,能够较为精确地计算PRSM的额定静载荷,为行星滚柱丝杠副的设计、选型等提供了理论支撑。

摘要： 在一流课程建设背景下,课题组从弹塑性力学课程的特点出发,提出一个根本、两向维度、三层位面、四元融合的教学理念,即立足一流本科专业和新工科人才培养目标,实行学校教师和企业工程师两向维度的理论与实践协同教学模式,建立课堂教学、实验教学、实践教学的一体化教学体系,实行政教融合、科教融合、赛教融合、产教融合的多元化教学设计.新模式实践表明,教学效果明显提高,可以为弹塑性力学课程教学改革提供新思路.

摘要： 为研究镐型截齿在截割煤岩过程中的截割机理,建立镐型截齿外轮廓的数学模型,基于弹性力学、塑性力学和断裂力学等理论,提出了煤岩截齿截割力作用下发生弹-塑-断裂失稳理论模型,以此来描述截齿截割煤岩机理,并依据理论模型分别推导出煤岩在弹性变形、塑性变形和断裂失稳状态下截齿截割力以及煤岩应力表达式.最后采用自主搭建实验设备进行不同截割倾角的镐型截齿截割煤岩实验,实验结果表明:煤岩在截齿截割力作用过程中,随着截齿截割深度的增加,截齿与煤岩的接触面积逐步增大,煤岩存在弹性变形阶段、塑性变形阶段以及断裂失稳阶段并与理论模型相符;截割倾角为90°、75°、60.时,截齿截割阻力理论值与实验值的均方根误差分别为0.082 kN、0.199 kN、0.204 kN,理论值与实验值相差较小,验证理论模型的正确性.

摘要： 复杂力学环境中完井管柱由于处于超高温、高压的环境下,容易发生管柱屈曲,大大影响了管柱的服役寿命.基于弹塑性力学理论建立了实际井况下油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并在此基础上分析了复杂力学工况下管柱的屈曲形态、横向位移等,再针对加扶正器、优化产量以及伸缩管的设计等缓解管柱屈曲措施对管柱屈曲行为的影响程度开展了研究.结果 发现:在苛刻工况下,油管柱底部易发生较为复杂的屈曲,从井深5 500 ～7 300 m井段的油管柱产生了螺旋屈曲的构型,整段屈曲段长达2 400 m;本文工况下,伸缩短节数达到6个后,全井段油管柱的屈曲段长度和管柱弯曲应力的减小速率大幅降低,伸缩短节的个数对管柱屈曲及弯曲应力影响大幅减弱.对于复杂环境下气井工况而言,控制产量对管柱屈曲行为改善最为明显,其次为扶正器设计,为提高油管柱寿命及气井完整性提供了技术支撑.

摘要： 根据弹塑性力学课程内容理论性强、公式概念抽象、解析计算复杂等特点,对该课程进行了研究性实验教学设计与实践.设置研究专题、制订实验方案、研讨工艺案例,培养学生掌握弹塑性力学理论知识并运用于实践的独立研究能力和创新能力.实践表明,研究性实验教学能够加深学生对弹塑性力学课程公式概念、理论要点的理解,提高学生分析问题、解决问题、工艺实践及团队协作的能力,提高弹塑性力学课程的教学质量.

摘要： 针对双相不锈钢板片显著回弹变形使得其在可拆卸板式热交换器行业中的开发变得非常困难的问题,采用显/隐式相结合的方法对高强度双相不锈钢FDX27板片进行冲压成形回弹预测.首先,采用显式求解法对板料进行冲压成形分析;其次,移除上下模具后采用隐式求解法对板料的回弹变形进行预测,通过数值模拟对比分析不同模具圆角半径和摩擦系数对FDX27板片回弹变形高度的影响规律,同时选取3种不同材料板片进行对比分析;最后,设计不同的产品工艺试验对回弹数值模拟结果进行验证.结果表明,模具圆角半径对板片回弹变形高度效果影响不显著,而摩擦系数的影响效果显著;材料强度性能和硬化指数N值对板片回弹变形高度的影响效果均很显著;验证结果显示两者具有很好的一致性,证明了回弹数值分析方法是可靠的.研究结果对推动新材料在可拆卸板式热交换器行业中的开发应用具有实际意义.

摘要： 针对土木水利专业学位硕士研究生的培养目标,建立弹塑性力学及有限元课程案例库,并应用到具体的教学实践中.实践表明案例库教学增加了校企合作,提高了教师教学能力,提高了学生学习兴趣和工程实践能力.

摘要： 结合弹塑性力学课程的教学现状以及实际工程的需要,以"确保装备安全性为牵引,提高运用弹塑性力学解决工程实际问题的能力为核心,全面提升教育质量为目标",实施"思材双建""工程化实用性学习"的改革方案,进行化工过程机械专业"弹塑性力学"课程教学改革,在凝练徐秉业和刘信声编写的《应用弹塑性力学》教材中基本原理及其方法的经典应用的基础上,精选并融入一些与工业和工程实际内容相贴近的内容,实施化工过程机械专业硕士研究生弹塑性力学课程教学改革,以增强学生解决工程问题的能力和创新意识,适应现代化建设的需要.

摘要： "弹塑性力学"是化工过程机械学科硕士研究生的重要专业课程之一,如何优化该课程教学内容、构建适合化工过程机械学科新发展的弹塑性力学知识体系?如何组织该课程的教学、激发研究生的学习兴趣?怎样才能更好地发挥课程学习在研究生培养中的作用、实现提高研究生培养质量的目的?这些都是该课程教学过程中迫切需要解决的问题.本文针对"弹塑性力学"课程的特点以及在整个教学过程中遇到的各种问题,对该课程建设与教学改革进行了一系列的探索和实践,通过这些课程建设与教学改革,从而使该课程的教学效果和教学质量得到了较大的提高,同时也使研究生的学习能力得到了较大的提升,从而为培养高质量化工过程机械研究生奠定了扎实的弹塑性力学基础.

摘要： 讨论了弹塑性力学中的基本假设、本构模型和简化分析方法.指出在这一领域中,简化是非常重要的和必需的.在弹塑性力学中，从材料、变形规律和求解问题方法都需要进行合理简化，因为简化得合理，才能求得结果而且所获得的结果才会和实际问题吻合良好.学好弹塑性力学的主要目的是把所学到的知识应用到解决工程实际问题，而工程实际问题往往都是非常复杂的，因此在学好弹塑性力学的基础上，要继续学会对复杂工程问题进行简化，忽略次要矛盾，抓住主要矛盾，用这一思路去分析问题和研究问题一般都能获得比较理想的结果。

摘要： 圆盘转子是机械系统中的常用结构之一,其强度设计通常依据美国《ASME锅炉及压力容器规范》,应力最大的中心内孔区域满足PL≤1.5Sm的塑性强度准则.但是近年来大量的工程实践表明,压力容器设计准则并不完全适用于圆盘转子结构设计.本文采用弹塑性力学和有限元分析方法,计算高速旋转圆盘的应力分布和弹性、塑性极限转速,结合圆盘转子强度试验,论证对准则PL≤1.5Sm进行优化的可能性,并提出引入屈服区域比例作为圆盘转子强度设计的控制参数,完善了高速旋转圆盘的结构强度设计方法.

摘要： 利用弹塑性力学理论,建立了套管柱应变设计模型,并通过套管材料应变与结构应变对比给出了应变安全系数最小取值,明确应变设计的判据,最终形成套管柱应变设计方法.同时,明确提出了套管柱应变设计是在套管柱强度设计的基础上进行的,即套管柱设计应首先进行强度设计,强度设计合格后,再进行应变设计.应变设计方法在西部油田8口稠油热采井中获得成功应用.

摘要： 针对大采高长壁工作面顶板垮落在空间上具有局部、分段和迁移的特征,结合煤岩体地质特征,将长壁工作面顶板视为含有一定数量边裂纹的弹性薄板,利用弹性力学中的薄板理论建立了裂纹板力学模型.以周期来压过程中长壁工作面的来压规律为研究对象,将弹性薄板在工作面推进过程中的破坏分为裂纹扩展、塑性铰失效和铰接板失稳三个阶段,利用断裂力学和弹塑性力学理论研究了各阶段顶板失稳的条件,求得了使裂纹开裂扩展的应力强度因子K1和裂纹的起裂荷载q的计算公式;得到了第二个阶段中造成塑性铰失效的极限荷载p*;通过分析薄板间的连接及破坏过程研究了第三个阶段铰接板的失稳过程.顶板破坏的三阶段力学分析方法合理地解释了工作面长度方向上顶板的来压特征;顶板第一次垮落完成后,由于应力转移,造成应力集中作用,使得长壁顶板未破断部分再次经历裂纹扩展、塑性铰失效、铰接板失稳这三个破坏过程;造成来压从破坏部位向两边迁移,形成了长壁工作面周期来压过程中矿压显现的迁移特征.研究结果从理论上解释了工作面长度方向上的顶板垮落及来压规律.并结合具体工作面监测信息对理论分析结果进行了验证.

摘要： 本文推导了金属粉末轧制过程所遵循的弹塑性力学基本方程和本构关系,探讨了适用于粉末材料轧制的弹塑性力学模型,并结合实验进行验证数值模拟结果．根据实验和模拟结果,对轧制过程中的受力进行分析;结合摩擦力条件,对轴线上密度分布以及压坯中部密度分布的规律做出了合理的解释;揭示了粉末密度分布的变化规律和流动规律;并研究了轧制成形时不同区域的轧制力和轧制力矩的变化.

摘要： 为了提高车辆乘员的安全性,通过建立整车有限元模型,从弹塑性力学理论和有限元方法入手,利用VPG建立碰撞仿真分析模型,设置初始速度、位置等参数,并进行了结果分析,可以得到乘员的冲击动态运动情况以及乘员在承受正面碰撞的冲击下的动态响应和关键部位的运动曲线,为进一步研究正面碰撞中乘员的安全性提供有效依据。

摘要： 针对常见的厚壁圆筒问题,假定材料为理想刚塑性材料受内外压力作用,利用滑移线场理论求解圆筒完全进入塑性状态时的最大压力.结果表明,依据滑移线场理论求解的结果与经典解法所求结果完全一致,但是求解过程却更为简便.

摘要： 针对常见的厚壁圆筒问题,假定材料为理想刚塑性材料受内外压力作用,利用滑移线场理论求解圆筒完全进入塑性状态时的最大压力.结果表明,依据滑移线场理论求解的结果与经典解法所求结果完全一致,但是求解过程却更为简便.

摘要： 针对常见的厚壁圆筒问题,假定材料为理想刚塑性材料受内外压力作用,利用滑移线场理论求解圆筒完全进入塑性状态时的最大压力.结果表明,依据滑移线场理论求解的结果与经典解法所求结果完全一致,但是求解过程却更为简便.

摘要： 本发明属于计算力学领域，提供了一种结构冲击弹塑性断裂分析的时间间断态基近场动力学方法，该方法将时间间断的思想引入态基近场动力学理论，有效提高了近场动力学显式动力分析的精度和准确预测结构断裂破坏的能力。本发明采用时间间断显式时程积分格式可以有效控制传统时程积分方法带来的虚假数值振荡，采用非常规态基近场动力学模型简便全面地描述了材料在冲击荷载下的复杂力学行为，并通过多种损伤断裂准则有效表征了结构的冲击断裂破坏模式。此外，本发明还采用快速邻域搜索算法构建物质点邻域并更新接触邻域，提升了计算效率。本发明所提出的方法作为一种新的数值求解格式，可以通过简单修改原计算程序实现，降低了数值实施复杂度。

摘要： 本发明涉及一种适用多工况的分步弹塑性变形的力学超材料，包括同一平面内周期性排列的多个元胞；所述元胞由一根竖直杆、两根斜杆和两根支撑杆构成，两根所述斜杆相连接，所述斜杆之间的连接点与所述竖直杆的一端连接，所述斜杆与所述支撑杆构成一菱形，所述斜杆的长细比不大于0.05，且所述斜杆与所述支撑杆的夹角不大于40°。本发明提供的超材料实现了可在多种工况下使用及分步弹塑性变形。在小冲击载荷下，可利用其第一应力平台进行能量吸收，对应着发生弹性变形，从而使得材料可重复利用；在较大的冲击载荷下，第二应力平台可参与到能量的吸收过程中来，此阶段发生塑性变形，增大能量吸收效率，从而起到更好的缓冲效果。

摘要： 本发明涉及一种基于三维弹塑性约束断裂力学的J‑R曲线预测方法，通过开展不同几何尺寸下的夹持式SENT断裂试验，与数值分析和理论相结合，提出的方法可以实现对含裂纹的压力容器或管道J‑R曲线的精准预测，避免了过于保守的结果造成的经济损失，也更加安全可靠的用于结构完整性评定；同时实现了不同应力状态下断裂韧性的统一，从而实现对其他裂纹结构J‑R曲线的准确预测。

摘要： 本发明属于计算力学领域，提供了一种结构冲击弹塑性断裂分析的时间间断态基近场动力学方法，该方法将时间间断的思想引入态基近场动力学理论，有效提高了近场动力学显式动力分析的精度和准确预测结构断裂破坏的能力。本发明采用时间间断显式时程积分格式可以有效控制传统时程积分方法带来的虚假数值振荡，采用非常规态基近场动力学模型简便全面地描述了材料在冲击荷载下的复杂力学行为，并通过多种损伤断裂准则有效表征了结构的冲击断裂破坏模式。此外，本发明还采用快速邻域搜索算法构建物质点邻域并更新接触邻域，提升了计算效率。本发明所提出的方法作为一种新的数值求解格式，可以通过简单修改原计算程序实现，降低了数值实施复杂度。

摘要： 本发明属于连接力学模型技术领域，尤其为一种基于弹塑性的连接力学模型，采用多次连续加载和卸载方式,作用在籽粒上的外力分别沿X、Y、Z轴方向加载至籽粒从果柄上脱落，在加载和卸载(再加载)过程设置不同的连接刚度系数来表征脱粒过程中籽粒果柄能量的耗散。本发明采用离散元法研究玉米脱粒过程，建立了玉米脱粒过程分析方法及仿真软件，提出了一种基于颗粒聚合体方法的玉米果穗建模方法，发展了一种基于弹塑性的连接力学模型，并初步实现了对玉米脱粒过程的仿真分析。

摘要： 本发明涉及一种基于三维弹塑性约束断裂力学的J‑R曲线预测方法，通过开展不同几何尺寸下的夹持式SENT断裂试验，与数值分析和理论相结合，提出的方法可以实现对含裂纹的压力容器或管道J‑R曲线的精准预测，避免了过于保守的结果造成的经济损失，也更加安全可靠的用于结构完整性评定；同时实现了不同应力状态下断裂韧性的统一，从而实现对其他裂纹结构J‑R曲线的准确预测。

摘要： 本发明涉及一种适用多工况的分步弹塑性变形的力学超材料，包括同一平面内周期性排列的多个元胞；所述元胞由一根竖直杆、两根斜杆和两根支撑杆构成，两根所述斜杆相连接，所述斜杆之间的连接点与所述竖直杆的一端连接，所述斜杆与所述支撑杆构成一菱形，所述斜杆的长细比不大于0.05，且所述斜杆与所述支撑杆的夹角不大于40°。本发明提供的超材料实现了可在多种工况下使用及分步弹塑性变形。在小冲击载荷下，可利用其第一应力平台进行能量吸收，对应着发生弹性变形，从而使得材料可重复利用；在较大的冲击载荷下，第二应力平台可参与到能量的吸收过程中来，此阶段发生塑性变形，增大能量吸收效率，从而起到更好的缓冲效果。

摘要： 本发明公开了一种构建深部扰动下岩石材料弹塑性力学本构模型的方法，利用岩石试验系统对试样进行不同埋深条件下三种不同深部开挖扰动应力路径的加载，获取加载过程中岩石试验系统所施加的轴向应力与环向应力，及试样轴向应变和环向应变。同时计算出试样在扰动应力路径下的平均整旋角的演化规律，建立基于平均整旋角的Hoek‑Brown屈服准则，并计算出以平均整旋角为自变量的岩石硬化函数及确定岩石的硬化参数。根据上述公式及参数，并基于弹塑性力学理论与本构理论，得出能得到岩石应力增量与应变增量的关系，即三种不同扰动应力路径下岩石的弹塑性力学本构模型公式，从而根据本构模型公式能对不同埋深三种不同扰动应力路径下的岩体变形破坏特征进行预测。

摘要： 本申请提供一种基于弹塑性力学定量预测泥岩构造裂缝的方法，涉及石油勘探开发技术领域。其中，该定量预测泥岩构造裂缝的方法包括：单井厚层泥岩段构造裂缝的分析和统计；进行岩石力学实验及力学参数测井解释；计算脆性指数及恢复古力学参数；泥岩屈服‑破坏复合强度准则建立；泥岩构造裂缝力学参数模型推导；地质模型构建及古应力状态恢复；三维古应力场模拟及裂缝定量预测。本申请技术方案解决了脆性指数约束下的泥岩屈服‑破裂复合强度准则建立的难题，适合于任何含泥岩隔层型碎屑岩储层的裂缝定量预测工作。

摘要： 一种基于组织粘弹塑性力学特性的牵张成骨数值仿真方法，涉及数值模拟仿真技术领域。该发明考虑新骨形成中骨痂的粘弹塑性力学行为，编写UMAT子程序，计算应变历史，利用模糊逻辑实现基于应变调控的组织分化并进行数值分析，再现牵张成骨术中复杂的骨再生动态过程。所述方法包括：(1)对截骨术后截骨区域进行几何和有限元建模；(2)建立截骨区域包含骨痂粘弹塑性特征的生物力学模型，模拟牵张过程并计算骨痂单元应变；(3)利用模糊逻辑实现基于应变调控的组织分化，计算骨痂单元各成分含量并更新其材料属性；(4)对牵张大变形后骨痂区域有限元网格重划分并进行状态数据映射。