冰雹撞击下泡沫铝夹芯板的动态响应

在传统单层泡沫夹芯结构的上、下面板之间插入中面板,通过移动中面板的位置,获得了外形尺寸相同、质量相等的5种构型夹芯结构,其上层芯材与芯材总厚度比分别为0∶30、10∶30、15∶30、20∶30和30∶30。在量纲分析的基础上,应用非线性动力有限元程序LS-DYNA对5种构型夹芯结构进行了冰雹撞击数值分析,研究了中面板位置对夹芯板的能量吸收、能量耗散和动态响应的影响。结果表明:中面板的存在对下层芯材能形成有效的保护;随着中面板位置由上向下移动,夹芯板的抗撞击性能呈现由大到小再增大的态势。数值计算结果对抗冰雹撞击夹芯结构的优化设计具有一定的参考价值。

一种变应力波细胞动态张应力试验系统

阐述了膜式变应力波细胞动态张应力试验系统的构成、系统的设计思想以及系统的工作原理,提出了利用密闭液体传递压力,采用DDC控制的两轴联动的空间机构,实现变应力波动态张应力的设计方案:两轴联动的空间机构之一是由交流伺服系统驱动的应力幅值调制盘,其主运动为匀速和变速回转运动,转速可调控;其二是由步进电机带动的液压工作台,通过动态地改变调制盘和液压工作台的相对位置,实现液压缸活塞行程的动态变化.空间机构的调制盘的转动和液压工作台活塞杆相对调制盘的径向移动的运动合成后,形成液压缸变频和变压力幅值的液体压力输出,通过压力微调、多路分压后进一步转换为变频、变应力幅的细胞薄膜张应力.经试验验证:该系统结构简单,成本低廉,工作可靠,调控方便,经济可行.

弹塑性有限变形的拟流动理论

本文提出一种弹塑性有限变形的拟流动理论。该理论从正交性法则出发，通过引入“拟弹性模量”和模量衰减函数并改进应变率的弹塑性分解，实现了由有限变形Ｐｒａｎｄｔｌ－Ｒｅｕｓｓ流动理论（Ｊ２Ｆ）向基于非正交法则的率形式形变理论（Ｊ２Ｄ）的合理的光滑过渡；并适用于初始及后继各向异性变形分析。在特殊条件下，可退化为Ｊ２Ｆ、Ｊ２Ｄ理论以及由任意各向异性屈服函数描述的流动理论。将该理论用于韧性金属平面应力／应变拉伸失稳与变形局部化的有限元模拟，并与理论分析及实验结果相比较，表明了本文理论的正确性。

SiCp/Al复合材料增强颗粒尺寸效应的细观分析

运用Voronoi方法建立了反映金属基颗粒增强复合材料(MMCp)微结构的多晶集合体代表性单元(RVE);采用Taylor关系推导了包含颗粒结构尺寸和体积分数参数的位错滑移硬化函数;建立了由300个平均粒度约为20μm的晶粒组成的多晶集合体代表性单元,并对MMCp3.5-5、MMCp3.5-10、MMCp10-5、MMCp10-10四种具有不同粒径和体积分数的铝基SiC颗粒增强复合材料在宏观均匀变形条件下的应力应变响应进行了数值模拟。计算结果表明:复合材料的应力应变模拟曲线与试验曲线吻合得较好,说明所推导的模型和硬化模式能够合理地描述颗粒增强尺度效应的变化趋势;多晶体模型也能够合理地表现复合材料内部应力应变在空间分布上的细观不均匀性。数值模拟结果反映了颗粒增强区承载着较大的载荷份额,而非颗粒存在区(基体)则承受着高达18%的应变,在两个区域的交界处出现了高达310MPa的应力集中,与已有文献试验观测的结果比较吻合。

FeCrNi合金静动态物理本构模型研究

以金属材料塑性变形的位错动力学为基础,将FeCrNi合金的流动应力分解为非热应力和热激活应力两部分.通过对该合金屈服应力随温度变化特性、屈服应力的应变速率特性、孪晶组织的温度特性及位错组态的应变速率特性进行分析,认为非热应力不只是应变的函数,还与温度和应变速率相关,因此对Johnson-Cook模型方程形式进行修正以描述非热应力.同时认为影响热激活应力的微结构参数主要为位错阻碍间距△l,定义并推导出表征△l演化的g函数的表达式,将其引入Kocks的热激活方程,从而建立FeCrNi合金的物理型本构模型.该模型初步实现了对FeCrNi合金从室温到高温、从准静态到动态塑性变形行为的描述.

薄膜破坏过程数值模拟的MPM方法

将连续与不连续本构模型相结合用于薄膜破坏过程的模拟计算．采用von Mises关联塑性本构模型描述材料的弹塑性变形过程,在塑性硬化和软化阶段通过检查分岔是否发生,从而判断是否有破坏出现,即材料出现应变局部化现象．一旦出现破坏,则在发生破坏的区域采用位移不连续(decohesion)本构模型进行模拟, 直到破坏面两侧材料完全分离．分离阶段采用相应的分离算法同时运用黏性边界条件以提高计算效率．结果表明结合连续与不连续本构模型的方法,能很好地模拟材料从局部化到完全破坏的过程,体现了材料破坏连续建模的思想,可用于预测材料发生破坏的环境和形式,从而通过改变材料工作环境提高其使用寿命;同时数值算例也显示了物质点法(material-point-method,简称MPM)的健壮性和有效性．

铝合金板材塑性性能的研究

铝合金在汽车工业中的广泛应用对于降低汽车重量、减少燃油消耗和汽车尾气的排放量具有十分重要的意义,但其室温塑性成形性能却受到了锯齿形屈服行为的影响,从而制约了铝合金进一步的推广应用。本文基于合金材料塑性变形过程中位错和溶质原子间相互作用的分析,建立了一个可用于描述锯齿形屈服现象的唯象本构模型。该模型将溶质原子对位错运动的钉扎效应和位错挣脱后的脱钉效应置于一个统一的框架内进行考虑,而这两个效应的相互竞争将决定材料宏观变形行为的发展演化。基于该模型的数值模拟结果和实验测试结果取得了良好的一致性,从而验证了理论和模型的有效性。

马铃薯块茎组织泊松比的试验研究

固体农业物料的流变特性在生产、质量控制和发展新产品中起着重要的作用。为此,选用了4个品种的马铃薯,对每个品种3个不同部位的块茎组织进行了泊松比的测量研究。采用图像处理的方法获得马铃薯试样的横向和纵向尺寸,测得了不同品种及品种内3个不同区间的泊松比值,为马铃薯流变特性的研究提供参考。

内压椭球壳塑性变形的发生部位与扩展过程分析

对内压椭球的应力分布作了图形描述．指出椭球壳上一点的应力状态只与壳体的轴比λ和该点在壳体上的位置有关，并进一步分析了内压椭球壳的塑性变形的发生部位及其扩展过程．

非饱和多孔介质中混合元法的化学-热-渗流-力学耦合的本构模拟

在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联流动多重屈服准则模拟非饱和多孔介质的材料非线性行为。推导了u-pw-pa-T形式的包含了耦合率本构方程积分的向后欧拉映射算法和一致性弹塑性切线模量矩阵(单元刚度矩阵)的混合元一致性算法。本文给出了临界状态线(CSL)和状态边界面(SBS)两个屈服准则的一致性算法。数值结果显示了本文所发展的混合元耦合本构模拟算法在模拟由热、化学、力学荷载共同引起的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合行为的能力和有效性。

堆石流变的机理及研究方法初探

根据堆石不同于土体的特点 ,从机理上分析了堆石的长期变形特性在室内试验和现场实测结果中的差异 ,指出了对于堆石流变性质的研究 ,目前不宜通过室内试验的方法。为提高实际应用的可行性 ,最好能通过现场实测资料进行反分析以确定堆石的流变性能 ,并以某混凝土面板堆石坝为例 ,引入人工神经网络技术对堆石流变进行了三维有限元基础之上的反分析研究 ,取得了较好的成果。

Lode参数的物理实质及其对塑性流动的影响

回顾了1926年Lode在做屈服准则实验验证时,为了考虑中间主应力的影响而提出的参数μσ,指明其在应力Mohr圆中的几何意义,推证了μσ与应力偏张量第三不变量J3和应变增量比d2ε/d1ε及d3ε/d1ε的定量关系,进而指明μσ给实际成形工序在Mises圆柱上的定位提供了依据,作为工程上的定性分析,μσ值的符号(正或负)可以作为应变类型的判据.

可压缩材料平面应变滑移线场的数值解和边界条件

简要介绍了可压缩材料平面应变滑移线理论。导出了滑移线场应力和速度数值解。处理了应力边界条件，阐明了应力和速度间断规律。举例说明了边界条件处理和数值解步骤。

薄圆板的后屈曲响应及圆形脱层的能量释放率

研究了薄圆板及圆形脱层薄膜的轴对称后屈曲问题，并首次研究了轴对称后屈曲变形之后的二次非轴对称分叉屈曲问题．采用暴级数展开的方法。

防止套管损坏的允许压力界限的确定

为了控制套管损坏,结合大庆油田南二区构造特征建立了数值模拟模型,应用STSA有限元软件包,模拟了该区地层压力与流动压力界限,地层形变与地层压力的变化关系、单井流动压力与地层形变的关系等,分析了影响套管损坏的基本因素。根据所研究的成果,对该区采取了相应套管损坏治理措施。

Ce—TZP结构陶瓷相变塑性区实验研究

用云纹干涉法对ＺｒＯ＿２相变多晶体三点弯曲梁切口周围应力诱导的相变塑性区进行了实验研究，得到了三点弯曲梁切口周围相变塑性区的形状及相变塑性分布。实验结果表明：Ｃｅ－ＴＺＰ结构陶瓷切口周围存在一个较长的扩展相变塑性区，相变塑性区内拉伸应力方向的塑性应变远大于垂直于拉伸应力方向的塑性应变。所得实验结果为进一步深入研究相变本构关系和相变增韧机理提供了重要的实验依据。

一种混合的非线性强化模型M-NH研究

基于Lemaitre and Chaboche非线性随动强化和等向强化理论,提出了一种有效的背应力修正方法,采用Mises屈服准则,建立了复杂加载模式下非线性混合强化材料模型(M-NH)的弹塑性应力应变本构关系,采用高效的Backward Euler切向预测径向返回算法给出应力应变增量的计算,引入最小二乘法根据单轴拉伸实验数据点获得材料的硬化模型参数。为了计算背应力及弹塑性刚度矩阵开发了Fortran程序,编制了M-NH模型的实现代码。针对采用本模型获得的单轴拉伸应力应变曲线,分析了材料相关硬化参数对曲线变化趋势的影响。本模型及Chaboche1991、Basu&Voyiadjis强化模型分别与Chaboche的实验数据对比表明,基于M-NH获得的计算数据与实验结果更为接近。

强冲击问题的物质点有限元法

材料和结构在强冲击载荷作用下表现出很强的非线性,出现超大变形、断裂、破碎,甚至出现相变、熔化、气化等现象,对数值模拟分析提出了巨大挑战,有限元法等基于网格的传统数值分析方法不易有效地求解此类问题。物质点法中使用一组拉格朗日质点和一套欧拉背景网格,质点用以离散物质区域,携带质量、速度、应力、能量等物理量,背景网格用以计算空间导数及求解动量方程。物质点法兼具拉格朗日格式和欧拉格式的优点,不会出现网格畸变问题,易于跟踪历史变量和物质界面,非常适合求解强冲击问题。但物质点法在小变形问题中的精度和效率均低于显式有限元法,钢筋混凝土冲击等问题中各组成部分的特征尺寸差别较大,也对物质点离散提出了挑战。该报告介绍了研究组针对上述物质点法的不足,所发展的针对强冲击问题的物质点法与有限元法的贯通结合方法。该报告首先扼要介绍了物质点法的基本理论,指出物质点法与有限元法在理论上的相似性,给出两者相互结合的理论基础。之后依次阐述了耦合物质点有限元法、自适应物质点有限元法和杂交物质点有限元法,详细论述了这些方法的基本思想和理论,给出了这些方法用于侵彻等强冲击问题的实例,显示出其相对于标准物质点法的精度与效率优势。耦合物质点有限元法的基本思想是采用有限元法离散小变形物体、用物质点法离散大变形物体,不同离散区域之间通过接触算法相互耦合。报告详细介绍了耦合过程的处理,主要包括接触探测、接触法线计算、接触力计算以及考虑两者接触情况下的时间积分。自适应物质点有限元法的基本思想是初始时采用有限元离散全部区域,在计算过程中将可能发生畸变或破坏的单元自动转化为物质点求解。报告详细介绍了实现单元到质点的自动转化的转化算法,包括转化判据和转化方案,以及不同离散区域间的相互作用与相互接触的处理。杂交物质点有限元法主要针对钢筋混凝土冲击等问题,其基本思想是采用杆单元离散钢筋,采用质点离散混凝土。报告详细介绍了如何通过背景网格实现不同离散格式相互作用和变形协调,讨论了钢筋失效的模拟方案。上述方法充分发挥了物质点法和有限元法各自的优势,克服了其不足,较之标准物质点法和传统有限元法能够更有效地模拟强冲击载荷问题。通过这些方法的研究,建立了物质点有限元贯通框架,从理论上推动了物质点法和有限元法的深化研究,为相关设计分析工作提供了强有力的数值手段,对工程问题的高效解决具有重要应用价值。

弹塑性大变形率问题的变分原理和应用

本文根据Hiil(1958,1959)一般变分原理,采用流动坐标导出了弹塑性大变形及非线性率问题的,分别以初始和现时构形为参考状态的,适合于有限元计算的变分方程,并用根据该变分方程建立起来的有限元公式对处于平面应变条件下的,带有微小缩颈状初始几何缺陷的聚合物板的缩颈过程作了分析,分析时考虑了材料的硬化,本文所导出的变分方程适于分析包括金属塑性成形在内的弹塑性大变形过程。

弹/粘塑性压力容器的塑性失稳破坏

依据压力容器拉伸塑性失稳破坏特征，计算了旋转薄壁壳压力容器在弹／粘塑性材料下的塑性失稳破坏。文中就圆柱壳形、圆球壳形、抛物线壳形封头等压力容器的失稳状态，分别求出它们的应力和应变。