红砂岩平板撞击实验与高压状态方程研究

高压状态方程是研究材料在爆炸冲击作用下破坏机制及冲击波传播规律的基础,岩石高压状态方程在矿山开采、陨石冲击成坑、岩体冲击防护等数值计算方面有着广泛的应用需求。基于二级轻气炮发射平台和光子多普勒测速系统,采用平板撞击研究了红砂岩的Hugoniot冲击关系、高压状态方程和体应变方程。平板撞击实验最低速度为0.88 km/s,最高至1.97 km/s,碰撞产生的最低冲击压力为7.2 GPa,最高冲击压力为19.4 GPa。采用光探针测量岩样的冲击波速度,光子多普勒测速系统记录的自由面质点速度剖面未出现红砂岩的Hugoniot弹塑性转变点,表明在此冲击压力范围内红砂岩为近流体状态。采用最小二乘法对冲击波速度D和质点速度u进行线性拟合,获得红砂岩的冲击Hugoniot参数分别为C_(0)=3.04和λ=1.14。采用三次多项式对红砂岩体应变η与冲击压力P进行非线性拟合,获得红砂岩体应变η与冲击压力P之间的关系式为P=116η-745η^(2)+1845η^(3),非线性拟合系数R=0.993。冲击加载下红砂岩Hugoniot状态方程和体应变方程可为红砂岩岩体爆破、岩体冲击防护等领域的数值计算和工程应用提供基础参考数据。

双屈服法测定93W合金的屈服强度

用组合飞片技术以实现对待测材料９３Ｗ合金进行加载－再加载和加载－卸载，并用ＶＩＳＡＲ（ＶｅｌｏｃｉｔｙＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒＳｙｓｔｅｍｆｏｒＡｎｙＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）测试方法和高速数值示波器记录样品－窗口界面的粒子速度，通过上下屈服面法对实验数据进行处理，从而推出９３Ｗ在冲击压力分别为１６、３２和９６ＧＰａ三个压力点下的屈服强度为：１．８、２．６和４．９ＧＰａ。得到了９３Ｗ合金在高压下材料屈服强度随冲击压力的增大而增大，但其与冲击压力的比值则随冲击压力的增加而减小的变化规律。

双层隧道内力分析

根据弹塑性理论,采用四节点?四边形等参数单元和理想弹塑性德鲁克-普拉格弹塑性材料模型,对双层隧道进行了平面应变有限元分析,自编了考虑初应力分阶段释放?模拟具体施工过程的计算机处理软件.运用该软件,计算得到了衬砌与围岩共同工作时的变形情况?应力分布和塑性区分布的状况,并最终给出了衬砌的各个横截面的设计内力值.

计及变形耦合项的平面柔性梁动力学建模及频率分析

考虑了变形产生的几何非线性效应对作大范围运动的平面柔性梁的影响,在其纵向、横向的变形位移中均考虑了变形的二次耦合变量,从非线性应变-变形位移的原理出发,说明增加耦合变量后,使得剪应变近似为零,由此得出的变形模式更符合工程实际和简化需要。考虑两个方向的变形耦合后,采用有限元离散,通过L agrange方程导出系统的动力学方程。最后对一作旋转运动的平面柔性梁进行仿真计算,并对其固有频率进行分析研究。将本文模型所得的结论,与一次耦合动力学模型、零次近似模型进行比较,说明了三种模型的差异,得到了作旋转运动的平面柔性梁的一些新特点。

降雨触发滑坡的尖点突变模型

针对降雨触发的滑坡,以斜坡平面滑动失稳为例,考虑滑面介质的应变软化和水致弱化性质,提出了一个简单的力学模型,并运用突变理论分析其失稳的力学机制。在突变分析中,通过尖点突变模型,详细讨论了刚度比、含水量,几何-力学参数等因素对滑坡孕育和触发过程的影响。结果表明:斜坡演化过程是其内部因素和外部因素共同作用的结果,其中内部因素起主导的定性作用,外部因素起触发作用。通过突变分析发现,一个完整的滑坡孕育演化过程包括5个阶段:稳定～减速滑动～匀速滑动～加速滑动～剧滑。从整体上深化了对斜坡失稳机理的认识。

考虑几何非线性和热效应的刚-柔耦合动力学

温度增高和温度梯度会引起梁的纵向、横向变形位移,在一定程度上对刚-柔耦合规律产生影响.该文考虑热应变,从平面梁的非线性的应变与位移关系式出发,建立了刚体运动、弹性变形和温度相互耦合的有限元离散的热传导方程和动力学方程.研究热流作用下的中心刚体-简支梁系统的刚-柔耦合动力学性质,揭示了几何非线性项和热应变对弹性变形和刚体运动影响.

用边界元反分析构造平面残余应力场

基于固有应变概念,采用边界元方法,提出一种反方法构造连续的满足域内自平衡条件的平面残余应力场。考虑到反分析的稳定性,固有应变场用一系列光滑基函数(如多项式和三角函数)近似;为了识别由剪切固有应变引起的残余应力,求出对应于固有应变的位移特解与面力特解,将域内积分用双重互易边界元法转换为边界积分,保持了边界元法的优势;同时导出了灵敏度矩阵的显式表达,以提高反分析的效率。最后给出了两个算例验证方法的可行性。

二次Bézier样条光顺插值

根据平面曲线的应变能极小原则构造了一条分段二次B啨ｚｉｅｒ样条曲线插值给定的一系列平面型值点列和端点几何约束条件 为了改进插值曲线的整体光顺性 。

爆炸波在递增硬化介质中的传播近似模型及分析解

用解析方法得到了突加衰减三角形冲击荷载作用下递增硬化介质中平面波的传播规律。

面内异性材料的应力和应变状态分析

迄今有关材料应力和应变状态的分析多限于面内同性材料。然而,绝大多数板树为面内异性,因此对所有板材的塑性变形问题一味在面内同性之条件下研究未免就有不妥之处。本文在面内异性的前提下,对板料的应力和应变状态进行了分析,并且初步探讨了用液压胀形试验求得应力应变曲线的一些问题。

深冲冷轧板塑性应变比及各向异性与织构相关性分析

采用X射线衍射三维取向技术(ODF)并结合力学性能试验及金相组织观察,着重研究了不同冲压级别的深冲冷轧板塑性应变比(r)及平面各向异性系数(Δr)与织构之间的相互关系。从织构角度探讨了深冲冷轧板r和Δr差异的原因。研究结果表明织构的组分、含量及取向密度与深冲板板的r值和Δr具有较强的相关性和一致性。获得高取向密度的γ纤维织构({111}//ND)有利于改善深冲钢板的r值,是提高材料深冲性能的有效手段。

关于某些断裂力学问题分析方法的探讨

本文对裂纹问题提出了一组方案。对于弹性裂纹问题,本文推广了钱伟长在奇异项上叠加普通有限元的方法,使之可用于Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅰ、Ⅱ混合型裂纹的应力强度因子的计算;对于弹塑性裂纹问题,本文给出了一种求解平面应变Ⅰ型裂纹近似解析解的方法。

磁头与离散磁道式磁盘瞬态接触行为研究

离散磁道式磁盘在与磁头瞬态接触过程中极易损坏.为改善离散磁道式磁盘的瞬态接触状况,采用有限元仿真方法,建立了平整化前后离散磁道式磁盘与磁头的瞬态接触模型,分析了平整化前后离散磁道式磁盘接触应力分布特点,研究了磁头冲击速度、径向速度、磁盘表面摩擦系数等接触条件及平整化对离散磁道式磁盘最大等效塑性应变、塑性应变总体积的影响.结果表明:磁头冲击速度、寻道速度增大均可导致磁盘最大等效塑性应变、塑性应变总体积增大;摩擦系数增大可增大磁道最大等效塑性应变、减小塑性应变总体积;在接触初期,平整化离散磁道式磁盘可以减小磁道最大接触应力,缓解应力集中现象;在接触全过程中,平整化离散磁道式磁盘可以减小磁道最大等效塑性应变及塑性应变总体积;平整化所用2种弹性模量等力学特性不同的填充材料,即磁道材料与类金刚石碳,对于磁道接触状况的改善作用区别较小.以上结论可为降低离散磁道式磁盘的破坏程度提供理论指导.

爆炸荷载作用下平板网架结构破坏倒塌分析

主要研究4种不同柱布置形式的平板网架结构在受到室外爆炸荷载作用时的动态响应行为和破坏倒塌模式,并分别计算不同边柱作为爆炸荷载受力柱时的极限爆炸压强。采用Johnson-Cock修正模型模拟在爆炸荷载作用下低碳钢材料的本构关系,综合考虑钢材塑性强度强化、应变率效应、物理损伤等力学特性。利用有限元显式求解器和相应辅助子程序实现对平板网架结构在爆炸荷载作用下结构响应、破坏和倒塌过程的数值模拟。研究表明,柱布置方案对平板网架结构的抗爆能力影响明显,且不同边柱受爆条件下平板网架结构的抗爆性能存在差异。

中温旋锻变形Ti2448合金的显微组织及力学性能

采用XRD、TEM等手段对Ti-24Nb-4Zr-8Sn(质量分数,%)合金中温旋锻变形后的显微组织进行研究。结果表明,经过较大的中温变形后,合金呈旋涡状大理石花纹组织且具有与旋锻轴向平行的强烈的〈110〉丝织构,这种典型的组织是由于具有〈110〉取向的晶粒在轴向拉应力状态下发生平面应变所致。TEM分析显示组织中含有高密度的小角晶界,应变分布不均匀。旋锻变形后,合金具有3.3%的超弹性变形和微弱的加工硬化行为。由于变形组织中留有大量的分布不均匀的残余应力,合金的塑性较差,在600℃下5 min去应力退火处理后,合金的塑性增强。

基于虚拟仪器的瓣膜组织平面力学实验装置的设计

目的针对瓣膜组织的特性提出一种试验方法和装置能够研究瓣膜组织的平面力学特性,为建立生物瓣膜组织的本构模型提供实验数据。方法利用虚拟仪器技术结合数据采集卡等硬件进行力学信号的采集,利用四轴步进电机控制器对拉伸装置运动进行控制,利用高分辨率相机获取试件中心标记区域应变的变化。结果通过本装置实现了对生物瓣膜组织平面力学信号进行自动采集,存储、显示、运算等功能,对试件中心区域的应变进行采集,并获得了其应力-应变曲线。结论本实验方法和装置能够针对生物瓣膜组织的特性在周向和径向按不同方案对试件进行二维力学实验来研究其平面力学特性。

平面光波导热应力分析的改进平面应变模型

为了提高采用有限元分析平面光波导热应力的精度和效率,提出了一种改进平面应变模型。通过将材料的热膨胀系数正交各向异性化,材料垂直于波导传播方向的热膨胀系数为真实的热膨胀系数,但沿波导传播方向的热膨胀系数经过适当的变换可满足变形协调和适应平面应变模型,采用改进的平面应变模型,计算了平面光波导的热应力。计算结果表明,与广义平面应变模型相比,用改进的平面应变模型得到的应力的最大误差只有0.4%,而计算时间缩短为广义平面应变模型的12.6%,与平面应变模型相比,改进平面应变模型的计算时间相等,而计算精度大幅提高。

基于双平面镜辅助多视角三维数字图像相关方法的板材Lankford系数直接测量

Lankford系数是评价板材成形性能的关键参数,准确测量Lankford系数对于经典的各向异性屈服准则的应用有重要意义。本文提出了一种基于双平面镜辅助多视角数字图像相关方法的板材Lankford系数测量方法,在双平面镜的辅助下,仅使用一套基于双目立体视觉的三维数字图像相关系统即可同时测量试件前后表面的形貌与变形场,再通过反射变换,即可直接测量板材全场厚度及厚度应变,进而实现对板材Lankford系数的直接测量,避免了现有测量方法对体积守恒假设的依赖。通过45号钢和DP780双相钢板状试样的单轴拉伸实验,比较了本文提出的直接测量方法与已有间接测量方法的测量差异,结果显示,本文方法与基于体积守恒假设的Lankford系数测量偏差对于颈缩区分别为2.62%和0.41%,对于非颈缩区分别为7.07%和1.21%,证明了本文方法的测量准确性。本文方法提供了一种低成本且简便有效的板状试样双表面及厚度变形场测量技术,在Lankford系数、硬化指数、杨氏模量等金属材料本构参数的准确表征中具有实用前景。

基于场一致性的2D四边形单元的共旋坐标法

虽然关于共旋坐标法四边形平面应力单元的研究成果很多,但这些单元一般是基于几何一致性得到的对称单元刚度矩阵,而基于场一致性的单元研究则较少。该文从共旋坐标法的场一致性原则出发导出了四边形2D单元在大转动、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵的最简单形式,该单元刚度矩阵虽然不对称,但其计算却较简单,这在非线性计算中对于减小由于计算机位数限制带来的累积舍入误差和提高迭代的收敛性都有重要意义。该文采用此非对称单元刚度矩阵和一种将位移增量法与荷载增量法形成的统一迭代格式编制了相应的有限元程序NSAP。通过对平面梁、拱的计算与分析表明该文提出的共旋坐标法四边形2D单元的列式正确、程序高效、求解器具有较强的非线性分析能力。能较好地分析平面应力梁、拱的几何非线性性能,计算结果可供工程设计人员参考。

塑性应变比各向异性度与制耳率之间关系探讨

采用成形试验机和万能材料试验机,对DC01、DC06、HC340LA、HC420LA钢进行了制耳试验和室温拉伸试验,获得了其制耳率和不同计算条件下的塑性应变比各向异性度Δr,并分析了Δr与Z的关系。分析结果表明,采用单点法测定塑性应变比r值时,r值与应变的路径特征干扰了试样结果的测定,试样结果间的离散性较大,塑性应变比各向异性度Δr与制耳率Z无对应关系。采用回归方法测定r值时,可以有效消除r值与应变的路径特征的干扰,塑性应变比各向异性度Δr与制耳率Z成比例关系。