古木材横纹偏轴受压本构关系模型

提出了一种参数少、参数物理意义简单、参数易于获取的古木材横纹偏轴受压本构关系模型.该本构关系模型将单向纤维复合材料领域中的Sun-Chen本构关系模型引入古木材领域,并将古木材横纹偏轴受压特征与该模型结合,以简化方法反映古木材累积损伤,以便准确描述古木材横纹偏轴受压下的力学响应.以北京故宫修缮替换件为样本,制作7组70个试件,通过木材横纹受压试验获取相应的应力-应变曲线.使用偏轴角度为0°、45°、90°的古木材横纹偏轴受压试验结果求解模型参数,主曲线决定系数高达0.94.使用该模型获取偏轴角度为15°、30°、60°、75°的古木材横纹偏轴受压屈服强度和应力-应变曲线.通过模型计算结果和试验结果对比可知,在使用少量试验结果的前提下,本文提出的本构关系模型可准确计算多偏轴角度的古木材横纹受压屈服强度和应力-应变曲线,能够反映斗栱用材受压损伤特征,助力古建木构保护.

细粒类路基土动态回弹模量试验与本构关系模型

选用砂土、粉土和黏土三种具有代表性的路基土,对不同含水率和压实度下的路基土进行动态回弹模量试验。结果表明:动态回弹模量随围压的增大而增大,随偏应力的增加而减小,受围压的影响更为显著;随含水率的增大而减小,随压实度的增大而增大,受含水率的影响更为显著。采用美国路面结构力学——经验法设计指南所推荐的模型形式为基础,选用塑性指数、CBR、含水率、压实度、偏应力和围压等作为考虑因素,建立了具有较高精度和适用性的路基土动态回弹模量预估模型,可为沥青路面结构设计及路面结构的非线性分析提供参考。

冻融循环下轴心受压砖砌体损伤本构关系模型

基于损伤力学理论和应变等价原理,将冻融循环下轴心受压(砖)砌体损伤等效为砌体冻融损伤和轴心受压损伤的非线性耦合,推导了砌体冻融损伤和轴心受压损伤演化方程,获得了冻融循环下轴心受压砌体损伤演化方程,建立了冻融循环下轴心受压砌体损伤本构关系模型.利用冻融循环后砌体轴心受压试验数据验证所建立模型的合理性.结果表明:所建立的冻融循环下轴心受压砌体损伤本构关系模型能很好地拟合冻融循环后砌体轴心受压试验数据.该模型可为寒冷地区在役砌体结构有限元模拟及耐久性评估提供理论基础.

高强箍筋约束混凝土实用本构关系模型

在轴心受压试验数据的基础上,分析了约束混凝土体积配箍率、箍筋屈服强度和素混凝土抗压强度对箍筋约束混凝土受压性能的影响,探讨了直接应用配箍特征值建立箍筋约束混凝土本构关系存在的问题,建立了箍筋约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式.归纳分析了以往典型箍筋约束混凝土本构关系模型的合理性和缺陷,提出了简化的箍筋约束混凝土本构关系模型,并和高强箍筋约束混凝土试验应力-应变曲线进行对比.对比结果表明,所建立的本构关系模型能较好拟合高强箍筋约束混凝土试验应力-应变曲线.

7050-T7451铝合金铣削加工表面材料特性与本构关系模型的建立

为研究7050-T7451铝合金材料铣削后表面应力应变特征,并建立表面材料本构关系模型,采用SSM-B4000TM型应力应变显微探针测试系统对铝合金7050-T7451材料表面进行自动球压痕(ABI)实验测试,获得载荷-深度曲线,据此估算本构关系模型中应变硬化指数(n)与屈服强度(σy)等未知参数。进而基于有限元建模(FEM)进行压痕过程的有限元仿真分析,研究本构关系模型中参数n与σy的变化对载荷-深度曲线的影响规律,获得仿真载荷-深度曲线与实验曲线误差最小时的参数n与σy应满足的函数关系,验证了基于实验本构关系模型参数的准确性。采用该材料本构关系模型仿真的载荷-深度曲线与实验曲线相比,平均误差为5.2%。

箍筋约束高强混凝土应力-应变本构关系模型

针对箍筋约束高强混凝土,优选6种典型模型对172根方形截面短柱在轴压作用下的峰值强度和延性进行预测.误差分析结果表明:Nagashima模型与Legeron模型的计算精度相对较高.最后,基于大量试验数据对Nagashima模型及Hong模型进行修正,修正模型精度较高且便于应用.

EA4T材料动态力学特性与本构关系模型

EA4T是动车组列车的主要车轴材料,要实现EA4T车轴高效高精度加工,必须研究其切削加工性能。EA4T车轴材料在高温、大应变、高应变率条件下的动态应力应变特征是进行有限元建模和切削仿真的基础,为此,使用分离式霍普金森压杆与微型霍普金森压杆实验系统进行了温度20-800℃、应变率1000-8000s-1范围内材料的动态力学特性测试。结果表明:EA4T车轴材料的最大真实应变可达50%,真实应力随温度的升高而明显减小,并且存在显著的温度软化作用;真实应力随应变率的升高先增大后减小,这是因为在低应变率时存在应变率强化作用、在高应变率时存在应变率软化作用。最后,通过对试验数据的参数拟合改进,建立了高精度的Johnson-Cook本构关系模型。

PVC涂层织物膜材的非线性各向异性本构关系模型

基于各向异性弹塑性理论,通过等效应力和等效塑性应变反映材料固有的非线性性质,并结合三参数形式的弹塑性屈服函数,提出了1种适用于聚氯乙烯(PVC)涂层织物膜材的非线性各向异性本构模型.为确定本构模型中的待定参数,同时验证该本构模型的适用性,进行了7个偏轴角度(0°、5°、15°、45°、75°、85°和90°)的单轴拉伸试验,并将模型预测结果与试验结果进行对比.结果表明:该本构模型能够较为准确地反映PVC涂层织物膜材拉伸时的非线性应力应变关系,可用来预测PVC涂层织物膜材在拉剪应力共同作用下的力学行为.

玄武岩格栅增强ECC复合材料反复荷载作用下本构关系模型

为了研究玄武岩格栅增强水泥基复合材料(ECC)反复荷载作用下的力学性能,考虑玄武岩纤维复材(BFRP)格栅层数和加卸载循环方式,对玄武岩格栅增强ECC薄板试件进行了单轴反复拉伸试验。试验结果表明:玄武岩格栅与ECC复合,充分发挥了玄武岩格栅的材料性能,进一步提高了基体ECC的延性。随着玄武岩格栅层数的增加,玄武岩格栅增强ECC的极限抗拉强度显著增大。依据试验结果建立了反复荷载下玄武岩格栅增强ECC的本构关系模型。计算结果表明:该模型可以有效地预测反复荷载下玄武岩格栅增强ECC的应力-应变关系、极限抗拉强度、极限拉伸应变和残余塑性应变。

锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压试验与本构关系模型

为了研究揭示锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压特性,基于36组锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获得了不同锈蚀程度箍筋约束混凝土的应力—应变曲线试验数据,分析了箍筋质量锈损率对约束混凝土的峰值应力、峰值点应变、极限应变以及破坏形态的影响规律,并分别建立相应的计算模型,进而研究提出了锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压本构关系模型。结果表明:随着箍筋质量锈损率的增加,约束混凝土的峰值应力、峰值点应变和极限应变逐渐降低;箍筋体积配箍率越小,箍筋质量锈损率对峰值应力和极限应变的影响越显著;当箍筋质量锈损率分别超过15%、10%和30%左右时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂;锈蚀箍筋约束混凝土单轴受压本构关系模型的计算值与试验数据吻合较好,说明该模型能够合理描述箍筋锈蚀程度对约束混凝土单轴受压应力—应变曲线的影响规律。

材料本构关系模型选择对钢板冷弯成型模拟的影响

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了不同材料本构关系模型对钢板成型时圆角处应力、应变及回弹的影响。结果表明,材料本构关系模型的选择对钢板冷弯成型模拟时圆角部位的应力和应变影响较小,模拟时不用严格区分;材料本构关系模型的选择对钢板冷弯成型模拟时回弹结果影响较大,采用双线性随动强化模型模拟比使用双线性等向强化模型所获得的回弹结果更接近于真实值。

膨胀式自应力灌浆卡箍灌浆本构关系模型的研究

膨胀式自应力灌浆卡箍是一种典型的钢/灌浆组合结构,由于膨胀受限灌浆处于三向受压状态,在这种结构的强度校核中采用合适的灌浆本构模型是影响设计结果的重要因素。采用ABAQUS建模这种卡箍,构筑了三种灌浆本构关系模型,主要测试了莫尔库仑模型和塑性损伤模型的相关材料参数,然后通过一个节点灌浆卡箍的设计算例,比较和分析了三种灌浆本构模型的计算结果。仿真分析发现对于卡箍的灌浆强度校核,线弹性模型最保守,容易校核不合格,而塑性损伤模型最不保守。建议采用能反映灌浆的压碎和开裂行为的塑性损伤模型作为膨胀式灌浆卡箍强度校核分析的本构关系。研究结果可以为自应力灌浆卡箍的有限元强度校核方法提供有益的借鉴和指导。

SRPE套管约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型

为研究钢骨架聚乙烯塑料复合管(SRPE)约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型,将SRPE管对核心混凝土的约束作用等效为外包HDPE管和内嵌钢丝网骨架中纬线钢丝各自对核心混凝土约束作用的线性叠加,借鉴经典的Mander模型研究思路,计算出SRPE管对核心混凝土的有效侧向约束应力,通过修正模型中约束混凝土强度提高系数k值,提出SRPE套管混凝土极限压应力与应变的计算方法,并建立相应的应力-应变关系模型。结果表明:模型计算结果与试验结果较为接近,表明本文所推导的本构关系模型具有一定精度。

碎石材料本构关系模型综述

碎石材料在反复荷载作用下具有非线性特性。K -θ模型是最经典的碎石模型 ,但它有自身的缺陷 ,国外学者在模拟碎石材料非线性性能方面作了大量的工作 ,获得了一些合理的结论。文中介绍了 11种碎石模型 ,对它们的优点和不足进行了阐述。

铝合金工字梁腹板屈曲后承载力有限元分析中材料本构关系模型的探讨

本文采用五种不同的铝合金本构关系模型,用有限元分析软件ANSYS对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力进行了数值模拟,并通过对有限元计算结果和试验值的比较,分析不同材料本构关系模型对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力计算精度的影响。

应用于形状记忆合金螺旋弹簧的本构关系模型

形状记忆合金螺旋弹簧在生物医疗、航空航天、机械制造、土木建筑等领域都有重要应用,本文介绍了多种已提出和经改进的可适用形状记忆合金螺旋弹簧的本构关系模型,可供在设计和应用过程中选择,也梳理了近年来的研究进展,为更深一步的研究提供参考。

一种新的材料本构关系模型及计算方法

针对材料本构关系模型的准确性显著影响材料变形过程计算机仿真的精度这一问题,提出了一种新的材料本构关系模型,并采用多次回归分析计算方法确定模型中的相关系数。首先,采用热模拟实验方法测试材料真实应力—应变关系曲线,其变形工艺参数包括变形温度和应变速率;其次,确定新的材料本构关系模型的表达形式,定义涉及的相关变量以及相关系数;最后,根据材料热变形时应力—应变关系曲线的实验数据,采用多次回归分析方法和计算软件确定新的材料本构关系模型中的相关系数,建立新的材料本构关系模型。采用上述方法建立了AZ31镁合金材料新的本构关系模型,其模型计算结果与实验结果相吻合,最大相对误差为12. 5%。

FRP拉挤复合材料本构关系模型研究

为了更加精确的描述厚型拉挤复合材料的力学性能和力学响应特征,文中以厚型E玻璃纤维/环氧树脂拉挤型复合材料系统为例,运用三维细观力学模型描述材料的非线性本构关系。模型从纤维和基质成分的角度对由粗纱层和玻纤双轴布构成的层合材料进行材料响应描述,最终建立了相应的有限元模型并通过试验进行校准。试验和数值分析结果表明:三维细观力学模型能够准确的描述E玻璃纤维/环氧拉挤型复合材料的力学响应,其精确度可以通过横向试样拉伸试验结果进行校准提高。

泡沫金属经典本构模型表征三轴拉伸和拉压组合条件下宏观力学性能的研究

泡沫金属在实际工程应用中往往承受多轴拉伸、拉压组合和压缩等复杂应力状态,且拉伸和压缩性能差异显著,而现有的本构关系理论模型基于多轴压缩实验构建,能否描述多轴拉伸和拉压组合条件下泡沫金属宏观弹塑性力学性能存疑。本文采用数值模拟的方法开展多轴加载数值仿真实验,基于数值模拟结果检验泡沫金属两个经典模型:D-F模型与汤立群等提出的理论模型(以下简称Tang模型),在三轴拉伸和拉压组合工况下的合理性。结果表明,D-F模型的椭圆度参数显著影响模型的预测精度,基于三轴拉伸、压缩和拉压组合屈服面拟合计算的椭圆度预测效果最优,结合单轴拉伸应力应变曲线,D-F模型能较好地表征泡沫金属三轴拉压组合条件下力学性能,但存在无法描述塑性耗散功大于单轴拉伸破坏时对应的塑性耗散功的力学行为的缺陷;该模型不能准确描述三轴拉伸力学性能。Tang模型分别描述三轴拉伸和拉压组合破坏前的力学行为,等效应力和应变曲线均具有良好的一致性,但确定等效应力和应变的四个参数均不同且不同于三轴压缩对应的参数;综合考虑三轴拉压组合和三轴压缩工况时,等效应力和应变曲线的一致性很差。

GFRP/钢绞线复合筋与混凝土粘结滑移本构关系模型

GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结是二者能够协同工作的基础,而且GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结-滑移本构关系模型是其粘结性能的综合反映,因此,研究GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结-滑移本构关系模型,对GFRP/钢绞线复合筋增强混凝土结构的性能分析、设计理论及工程应用等具有重要的理论意义和实用价值。对180个试件进行拉拔试验,系统地研究肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和混凝土浇注深度等因素对粘结性能的影响,测定试件的粘结-滑移曲线。通过对GFRP/钢绞线复合筋粘结破坏特征、粘结-滑移机理及受力全过程的分析,在已有粘结-滑移本构模型的基础上,提出一种新的粘结-滑移本构关系模型,并与试验结果和已有模型进行比较。新构建的粘结-滑移本构关系模型概念清晰、形式简单,能较好地反映GFRP/钢绞线复合筋的受力全过程,与试验结果吻合良好,并优于已有粘结-滑移模型。