基于修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法及其验证

提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替扩展Masing法则中的"上大圈"准则,并通过南京细砂原状土样的共振柱试验,提出了考虑初始有效围压对初始剪切模量和参考剪应变的修正公式.利用ABAQUS显式开发模块,实现了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法.对饱和南京细砂进行排水循环三轴试验,给出了南京细砂的Byrne孔压增量模型参数;对饱和南京细砂进行了不排水循环三轴试验和三维数值仿真的比较研究,发现该子程序能够较好地模拟南京细砂的振动孔压发展过程,合理地反映土体的液化特性,从而验证了本文提出的有效应力算法的合理性.

基于摩擦和温度修正的Ti-6Al-4V钛合金热变形本构模型建立

Ti-6Al-4V是民航客机应用最广泛的中高强度钛合金,在锻造领域,数值模拟准确性依赖于高准确度的材料模型.本工作基于热压缩模拟方法,在不同变形温度(750、800、850、900和950℃)和应变速率(0.001、0.01、0.1、1和5 s^(-1))下,针对变形量为60%的Ti-6Al-4V合金,考虑鼓度因素影响,对真实应力-真实应变曲线进行了摩擦和温度修正,并进一步构建了该工况条件下的本构模型.对比实验结果,修正后的流变应力值低于实际测量值,且随着应变量和应变速率的提高、变形温度的降低,二者之间的差值也逐渐增大.本工作分别建立了Ti-6Al-4V双曲正弦式以及用Z参数表达的材料本构模型.真实应力应变曲线的摩擦和温度修正对提高材料模型的准确性具有指导意义,同时对提高数值模拟精度具有参考价值.

基于修正Johnson-Cook本构模型的奥氏体不锈钢高温流变行为

文章研究了修正的Johnson-Cook(m-JC)本构模型对304奥氏体不锈钢高温流变行为的表征能力。利用不同温度、应变和应变速率等温热压缩试验的试验真应力-应变数据来计算本构模型的材料常数,建立了关于304奥氏体不锈钢的m-JC本构模型。通过比较预测结果的相关系数、平均相对误差以及均方差,评估了模型的适用性。结果表明,修正的JC模型预测结果和试验结果之间的平均相对误差绝对值为6.77%,相关系数为0.987,均方差为11.2 MPa,m-JC本构模型可以较为准确的描述304奥氏体不锈钢的流变行为。

基于修正Mohr-Coulomb准则的弹塑性本构模型及其数值实施

针对Mohr-Coulomb准则高估岩土体抗拉性能的局限性,建立考虑最大拉应力准则的修正Mohr-Coulomb模型;系统地论述隐式本构积分算法的主要内容,推导相应的一致性刚度矩阵。以ABAQUS软件为平台,采用向后欧拉隐式应力积分算法编制了UMAT本构程序,对单轴拉伸试验和三轴压缩试验进行数值模拟,对比分析ABAQUS自带模型和自编模型的优劣,结果表明编写的修正Mohr-Coulomb模型能够有效地反映岩土介质的抗拉性能,弥补了ABAQUS自带模型的不足。

冻结硫酸钠粉质黏土强度与本构模型研究

为了研究冻结硫酸钠粉质黏土的变形规律和强度特征,在1 MPa围压下,对-2、-6、-10℃三组温度下不同硫酸钠含量的粉质黏土进行负温三轴剪切试验研究。基于实验数据,计算了冻结硫酸钠粉质黏土的切线模量,研究了轴向应变与偏应力的非线性关系,推导了试样的p-q平面强度准则,提出了冻结硫酸钠盐粉质黏土强度公式,建立了含参数的冻结含盐粉质黏土的修正Duncan-Chang本构模型,并拟合了相关参数,验证了模型精度及适用性。结果表明:试样的偏应力在应变后期趋于稳定,处于向应变硬化过渡的阶段,切线模量E随含盐量的增加呈现先减小再增大再减小的变化规律,切线模量E变化幅度较小,p、q呈明显的线性关系,在0℃至-15℃温度范围内,修正Duncan-Chang本构模型对含盐量小于2.5%的冻结硫酸钠粉质黏土强度具有良好的预测效果。

岩石损伤软化的修正本构模型

利用服从Weibull分布的岩石微元强度表示方法,基于Drucker-Prager破坏准则,通过引入损伤变量的修正系数,利用应力-应变关系曲线峰值点处的应力、应变确定Weibull分布参数的关系式,建立不同围压下的损伤软化本构模型。该模型参数较少且易于确定,其参数的确定方法揭示了模型参数的物理意义。与前人的研究成果进行对比分析,结果表明该模型比未修正前有着明显的优越性,且与实测结果吻合较好,分析结果显示出该模型的合理性。

基于修正Drucker-Prager Cap模型的金属粉末成形本构模型参数确定方法

针对修正Drucker-Prager Cap模型参数复杂且难准确获取的问题,提出一种采用相对简单实验操作结合联合仿真反演优化确定模型参数的方法,用于金属粉末成形的数值模拟。首先通过实验分析与理论推导,确定重点反演优化参数,即偏心距参数R;采用联合仿真反演优化方法,借助ABAQUS有限元及二次开发平台与MATLAB优化算法,对参数R进行反演计算,进而完成相关硬化参数的确定;以金属粉末Distaloy AE为例,讨论参数R不同函数表达形式的反演结果对粉末压制成形过程数值模拟的影响。研究结果表明,偏心距参数R2及其关联的硬化参数比R1在压制力、脱模力、相对密度和残余应力数值模拟方面具有更高的准确性。

基于材料参数修正的6013铝合金热变形本构模型优化

为建立精确描述材料变形时热力学参数间重要关系的数学模型,采用Gleeble-3500热模拟机测试研究6013铝合金在温度为340~500℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)范围内的平面应变热压缩变形行为,讨论材料参数对幂函数(PF)和双曲正弦函数(HS)本构模型(CM)精度的影响,对比分析优化后两类本构模型各自的优势。结果表明:温度系数(b)的修正对反求参数(a)的优化效果显著,将直接影响PFCM的预测精度;通过指数函数替换多项式对HSCM参数进行修正,可在保证预测精度的同时大幅减少计算工作量;PFCM在ε≥0.01 s^(-1)时的预测精度较高,平均相对误差仅为5.209%;HSCM在ε≤0.01 s^(-1)时的预测精度较高,平均相对误差仅为5.226%。

基于修正Johnson-Cook模型的C5191-H磷青铜高速冲裁本构关系

针对高速冲裁过程中材料的应变硬化、应变速率强化、热软化效应数据难以获取,无法建立物理仿真动态模型的问题,利用Gleeble-3500热模拟试验机和分离式Hopkinson拉杆装置对C5191-H磷青铜分别进行应变速率为1、500、1000和1500 s-1、温度为20~400℃的拉伸试验,利用试验数据拟合并修正了经典的Johnson-Cook动态方程,并在高速冲裁数值模拟中验证了修正后的本构方程的有效性。结果表明:C5191-H磷青铜拉伸变形时呈现出明显的应变硬化和应变速率敏感性;利用试验数据拟合并修正应变强化项的Johnson-Cook动态本构模型,此模型具有较高的大应变、高速率、热效应本构关系描述精度,并能较好地描述该材料的高速冲裁物理仿真过程。

DP工艺Inconel 718合金高温流变曲线修正及应变本构模型

采用等温热压缩实验研究DP工艺Inconel 718合金在变形温度为900~1060℃,应变速率为0.001~0.5 s^(-1)条件下的高温流变行为,分析摩擦因数和绝热温升对真应力-真应变曲线的影响,并对摩擦引起的流变应力误差进行了修正,建立了基于应变量的应变本构模型。结果表明:随着应变速率的增大和变形温度的降低,摩擦因数的影响趋于明显,变形激活能和材料常数是应变量的函数。对引入应变量参数建立的用于预测工艺处理的Inconel718合金不同变形量时的流变应力本构模型进行误差分析,其实验值与预测值的相关性系数为0.998,平均相对误差绝对值为3.87%,能够用于准确预测不同变形量时合金的流变应力值。

考虑岩石微缺陷影响的损伤本构模型

为准确描述岩石应力—应变曲线非线性过程,提出了考虑岩石微缺陷影响的损伤本构模型。首先对含微缺陷岩石进行分析,把含微缺陷岩石抽象成不含微缺陷的岩石骨架部分和微缺陷部分。岩石微缺陷包括初始空隙和岩石受载新增的微裂纹,微缺陷只能产生应变,不能承受应力。初始空隙产生的应变反映压密阶段的非线性特征,新增的微裂纹产生的应变反映岩石峰后阶段应变软化,用修正系数b来表示新增微缺陷的影响,假设岩石骨架部分的损伤符合Weibull概率分布,最后推导出基于微裂纹的损伤本构模型,并给出参数Vm、n、F0、m和b的确定方法,对模型参数进行讨论。用砂岩和苏长岩试验数据进行验证,结果显示试验数据与理论结果相吻合。

结构动力学模型中阻尼特性参数的修正

将结构分析计算的稳态位移响应和相应实测数据的差异映射为具有能量意义的误差范数,通过最小化该误差范数来修正与结构系统有关的阻尼特性参数.通过计算的或实测的频响函数获得稳态响应数据,使用的幅值在理论上完全包含了所有的复模态信息,参数修正过程采用迭代的方式.给出仿真算例,并对实验数据有噪声和无噪声两种情况进行了研究,结果表明方法合理且可行.

7050铝合金修正本构模型及Zener-Hollomon参数演化

依据等温热压缩结果,研究了均匀化7050铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)及应变量为0.9下的变形行为。提出了一种考虑变形条件与材料参数耦合关系的修正Arrhenius本构模型。结果表明,该修正本构模型的平均绝对百分比误差和均方根误差分别为2.093%和1.983 MPa,说明该修正本构模型的预测精度较高。此外,由修正模型计算得到的拓展值与实验获得的真应力-真应变曲线的变化规律一致,也证明了修正本构模型具有较好的精确度与扩展性。最后,根据修正本构模型计算了7050铝合金在不同变形条件下的变形激活能Q和Zener-Hollomon参数(Z参数),分析了Z参数对变形组织的影响,结果表明,ln Z随变形温度和应变速率的增加而降低,并且随着ln Z的降低,其变形微观组织形态由动态回复逐渐转变为动态再结晶。

基于均匀化理论的水合物沉积物修正Duncan-Chang本构模型

为了精确地描述水合物沉积物在外荷载作用下的变形,首先,基于Mori-Tanaka均匀化理论提出一种水合物沉积物等效弹性参数的有效预测方法;其次,考虑水合物胶结对沉积物侧向应变的影响,采用岩土复合体理论建立水合物沉积物的修正Duncan-Chang本构模型;最后,探讨模型参数对材料的宏观本构响应的影响,并将模型预测结果与室内三轴试验结果进行对比。研究结果表明:基于Mori-Tanaka均匀化理论的修正Duncan-Chang本构模型不仅能够较好地模拟在低饱和度高围压条件下的应变硬化现象以及在高饱和度低围压条件下的应变软化现象,也能够较好地预测水合物沉积物的侧向变形。水合物沉积物在外荷载作用下的变形主要受到与水合物饱和度和有效围压有关的模型参数的综合影响,模型参数a,b和c分别反映了水合物沉积物的刚度、强度和脆性。而侧向应变的取值主要受到模型参数f,m和n的综合影响,模型参数g的影响并不明显。

修正空间滑动面本构模型

基于对空间滑动面本构模型的仔细分析发现,由于该模型假定空间滑动面上的应力比(剪应力与法向应力之比)与应变比(法向应变与剪应变之比)之间为直线关系,因而导致不适应于低应力水平和不能考虑土逐渐趋于破坏的特性。通过假定空间滑动面上的应力比与剪应变之间符合双曲线关系予以修正。与三轴条件下砂土和黏性土的试验结果比较表明,修正后的模型不仅适应于整个应力及应变的可能变化范围、反映土随荷载增加逐渐趋于破坏的特性,而且计算精度在总体上还略高于原模型。修正模型中的参数均可由常规三轴排水试验确定。

结构动力学模型修正的一种参数型方法

从连续系统出发 ,利用应力 应变关系和惯性力公式推导出一种能量范数的本构关系误差公式 ,用它来构造结构动力学模型修正问题的数学模型 ;然后根据系统的稳态位移响应 ,通过一个迭代过程来求解 .参数的估算与不完整的实验数据的扩充相互耦合 ,引入扰动项来反映参数的改变对扩充的影响 .仿真算例对实验数据精确和有噪声 2种情况进行了研究 ,结果表明方法合理。

硅橡胶高应变率本构模型研究

针对原始ZWT本构模型在描述硅橡胶高应变率下的动态力学行为时参数难以恒定的问题,将对数律与幂函数律结合对原始ZWT本构模型进行修正,使用修正的ZWT-率相关本构模型描述硅橡胶在高应变率下的动态力学响应。结果表明,使用修正的ZWT-率相关本构模型能够精确快捷地描述硅橡胶在高应变率下的动态力学响应,得到的应力应变曲线和实验应力应变曲线高度吻合,其R-square值均在0.95以上。

基于Davidenkov骨架曲线模型的修正不规则加卸载准则与等效剪应变算法及其验证

非等幅循环荷载作用下,采用"扩展Masing"法则修正应力–应变滞回曲线时,程序的实现过程中需要预留大量的状态变量。针对该问题,提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替"扩展Masing"法则中的"上大圈"准则。通过等效剪应变算法的比选,给出了加卸载判据简单且精度更高的等效剪应变算法。基于ABAQUS软件的显式模块,开发了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型的显式子程序模块,适用于大规模二维和三维场地非线性地震效应分析。选取Mississippi湾500 m深的钻孔作为计算模型,通过与一维场地非线性地震效应分析专业程序Deepsoil计算得到的输入不同强度地震动下的地表峰值加速度、PGA=0.65g的场地地震反应的对比分析,佐证了提出的Davidenkov本构模型不规则加卸载准则与等效剪应变算法的合理性。

双相钢HC420/780DP动态力学性能及其本构模型研究

在应变率分别为0.001、0.100、1.000、10.000、100.000 s^(-1)和200.000 s^(-1)的条件下,测试了双相钢HC420/780DP的高速拉伸性能,研究了其在不同应变率下的动态力学行为,得到了不同应变率下的真应力‐真应变曲线,分析了其屈服强度、抗拉强度、流变应力以及断裂延伸率随应变率的变化规律。结果表明,随着应变率的升高,双相钢HC420/780DP的屈服强度、抗拉强度和流变应力均有所升高,断裂延伸率呈现先升高后降低的趋势。另外,基于Johnson‐Cook本构模型,建立并修正了双相钢HC420/780DP与动态应变率相关的塑性本构模型,并验证了修正后的模型。结果表明,通过修正得到的本构模型与试验曲线拟合效果较好。

面向高速切削的钛合金Ti-6Al-4V动态本构模型:综述

高速切削是实现钛合金等难加工材料高效、高质量加工的有效技术方法。钛合金高速切削加工过程具有高温、高应变和高应变率的热力强耦合非线性动态特征。为了准确描述高速切削时钛合金动态力学行为,对钛合金动态本构模型的研究进行综述。以钛合金Ti-6Al-4V为研究对象,从唯象模型和物理学模型的角度,分析了Johnson-Cook模型、Zerilli-Armstrong模型、Bammann模型的适用条件及优缺点。经综合比较,选取Johnson-Cook模型开展进一步探究,并且基于温度影响和竞争机制影响对Johnson-Cook修正模型进行分类,Johnson-Cook修正模型的预测精度与经典模型的预测精度相比均有所提高;同时提出可将构建唯象-物理学复合本构模型作为探究钛合金动态本构模型的重点方向,采取实验与计算机同步方法得到本构模型参数的最优解,从而提高动态本构模型的预测精度。