塑性耗散能突变判据在边坡稳定性分析中的应用

采用强度折减有限元法分析边坡稳定性时,失稳判据的选取至关重要,但选取合理的失稳判据尚无定论。针对计算不收敛、塑性屈服区贯通、特征点位移突变三种典型失稳判据的不足,提出了塑性耗散能突变判据,依据边坡的塑性耗散能增量与折减系数增量之比的突变倍率判断边坡的安全系数,并通过典型算例验证其可行性。研究表明,塑性耗散能突变判据使用简便、结果可靠,避免了边界条件、人为因素等对判定结果的影响,在复杂边坡稳定分析中具有良好的应用前景。

滑坡极限分析与塑性耗散功率

基于塑性力学和极限分析理论,研究了岩土体的体积塑性耗散功率和面积塑性耗散功率,并以平动性滑坡为例,给出了滑坡体塑性耗散功率和安全因子的计算方法.

挤出机固体输送段物料塑性能量耗散模拟

单螺杆挤出机固体输送段承担着物料输送和提升料温的作用,该段能耗占总能耗的比例较大,为了达到节能降耗、提高产能的目的,明确该段的能量转变方式至关重要。通过构建简化计算模型,在利用Flow2000软件获得相应初始数据的基础上,运用ANAYS软件对单螺杆挤出机固体输送段物料塑性能量耗散进行了模拟,计算出了塑性能量耗散热,明确了该段的能量转变方式。

考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM裂缝计算方法

混凝土结构在服役期间受外界载荷的影响容易产生裂缝,导致结构刚度降低、构件承载性能衰退,而采用准确的计算方法预测混凝土裂缝的发展是治理裂缝的基本前提,也是保障结构安全的重要手段.连续损伤力学方法(continuou damage method,CDM)能够描述微裂缝的扩展过程,但不能表示离散的开裂面,且存在网格诱导偏差及虚假应力传递的弊端,扩展有限单元法(mechanics-extended finite element method,XFEM)能够描述宏观裂纹的扩展过程,但不能反映微裂缝的动态扩展,两者计算出的裂纹分布与实际差异均较大.现有的CDMXFEM方法已经能够模拟混凝土微裂缝及宏观裂缝发展的整个过程,但忽略了宏观裂缝出现时混凝土产生的塑性应变,CDM与XFEM的能量转化过程欠缺平衡性.因此,本文重点考虑能量转化时的塑性耗散,选取指数型函数为粘结裂缝的牵引-分离模式,基于能量及应力等效的条件重新构建了CDM与XFEM之间的能量转化方程.采用广义逆最小二乘法求解能量转化系数,确定能量转化时的临界位移,并给出了裂缝面水平集的更新算法及整体计算方法的程序流程.以双切口混凝土受剪拉开裂试验为例,采用多种裂缝计算方法与试验进行了对比.结果表明,采用考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM方法算出的裂缝分布及拉力-张开位移曲线与试验结果差异最小,说明采用考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM计算方法能够更好地计算混凝土裂缝.

张力机构设计的塑性耗能原理

利用弹性力学与塑性力学的有关理论,深入地研究了理想塑性材料在平面应变假设下,大曲率拉力弯曲工况中的塑性耗散能及拉力函数。理论分析表明,当理想塑性材料大曲率绕过多轮子机构时,其轴向张力的大小正比于塑性变形的次数,而反比于支承轮子的工作半径,且与缠绕于轮子上的包角大小无关。

一族线性屈服破坏函数对应的耗散势

在材料塑性本构理论中应用热动力学原理一般有两种方法,一是在引入的屈服(包括硬化)、破坏函数和塑性势概念的基础上,从数学上或者根据试验规律,假设(拟合)其函数形式,然后将热力学定律或准热力学公设作为附加约束引入本构模型;二是直接从热动力学出发,通过构造能量函数(热力学势)、耗散函数及较少的限制条件给出全部的塑性本构理论,而得到的本构理论自动满足热动力学原理。长期以来,针对各种不同材料提出的大量屈服破坏函数,许多都是按照第一种方法给出的,却并未见到进行过严格的热动力学限制的验证。研究从塑性本构理论中上述两种研究方式在热力学定律的满足上的一致性出发,将求屈服函数对应的耗散势的问题归结为关于耗散势的偏微分方程求解问题,从理论上演绎出塑性理论中一族率无关线性屈服破坏函数对应的耗散势函数,从而将屈服破坏函数的热动力学验证问题转化为其对应耗散势的正负判断问题,也沟通了塑性理论中屈服破坏函数同热动力学中耗散势在概念上的联系,对于理解屈服破坏函数的热动力学内涵有重要理论意义。特别地,文中给出的求耗散势的方法具有一般性,不仅适合于线性的屈服破坏函数,也适合于非线性的屈服破坏函数。最后,利用热力学第2定律给出了一族线性屈服破坏函数具体的热力学限制条件。

自由梁受集中质量两点撞击的刚塑性动力响应

对矩形截面自由梁在两端同时受到完全相同的集中质量横向撞击问题进行了理论上的研究 ,通过采用刚塑性的材料模型得到了其动力响应完全解。结合数值方法给出了梁的瞬态变形 ,并讨论了输入能量、质量比等参数对梁的最终变形、能量耗散的影响。针对典型算例将完全解的结果与MSC/Dytran的计算结果进行了比较 ,两者具有合理的近似 ,但理论预测的结果略高估计了梁的最终变形。

自由梁两端受阶跃载荷时的塑性动力响应完全解

采用刚塑性模型分析自由梁在两端点受到集中阶跃载荷作用时的小变形动力响应,给出了不同载荷组合下梁的变形模式,构造了其动力响应完全解,并讨论了塑性耗散在输入结构的能量中所占的比例。与自由梁单点受强动荷载作用不同,梁的变形模式取决于两端点阶跃载荷的某组合函数的值。结果结果表明:只要存在塑性耗散,耗散的能量就占外载输入能量的1/3。

廻转梁受强动载荷作用的刚-塑性动力响应

核电站及化学工厂中的一些管道结构不可避免地会受到强动载荷的作用,本文基于理想刚塑性模型,分析了在跨度中点受刚性质量块横向撞击作用的甩动管理论模型,即一端铰支,一端自由的廻转梁的塑性动力行为。给出了描述廻转梁早期响应历程的完全解,详细讨论了质量比等有关参数对结构变形和塑性能量耗散的影响以及初始输入能量的分配。研究结果表明,质量比参数对梁结构的动力行为有重要的影响;在能量耗散方面,输入的能量并不全部转化为塑性耗散能,至少有一部分输入能量要转化为动能。

固体材料的塑性功率方程与后继屈服函数

依据内变量塑性理论,给出以内变量表示的塑性屈服与静水压力无关、塑性屈服与静水压力有关的两类固体材料的塑性功率方程.由塑性功率方程得到用内变量表示的两类固体材料的后继屈服函数,并建立了塑性功率方程与后继屈服函数的联系,总结出由固体材料塑性功率方程得到后继屈服函数的方法.

1Cr18Ni9Ti不锈钢管滞后回弹的黏弹塑性建模和有限元模拟

目的研究1Cr18Ni9Ti不锈钢管在单轴拉伸和回转牵引弯曲卸载后的滞后回弹现象,利用有限元软件进行滞后回弹结果的预测。方法通过系列单轴拉伸和应力松弛试验得到1Cr18Ni9Ti不锈钢管黏弹塑性材料参数,采用双耗散黏弹塑性材料模型在有限元ABAQUS软件进行拉伸和回转弯曲卸载后滞后回弹的模拟预测,并与试验结果对比。结果利用该黏弹塑性材料模型预测得到的滞后回弹变化趋势与试验值吻合较好,数值上接近试验值。结论基于双耗散黏弹塑性材料模型进行滞后回弹的建模,在瞬时回弹后,弹塑性组合单元和黏弹性组合单元中存在相反的残余应力,从而驱动材料持续发生黏弹性变形,可能是产生滞后回弹的原因。有限元分析中考虑了加载过程中的黏性响应,其预测结果更加接近实际。

高地应力下大型地下洞室拱形优化研究

高地应力区的大型洞室开挖会引起洞室拱周附近围岩应力集中和塑性区加大以及塑性应变的增加,但过高的应力集中会增加岩爆发生的几率,塑性区的加深会促使围岩失稳;洞室拱形形状会影响围岩应力集中和塑性区大小的分布,因此,以某高地应力下的大型发电洞岩体地质资料为依托,用弹塑性有限元分析高地应力地下大型发电洞室常采用的3种洞室拱形(即单心圆拱、三心圆拱和椭圆拱)对拱部围岩应力的影响,计算结果表明这种影响是非常明显的,有的应力集中系数达到3.33,无论采用哪种拱形,均避不开拱座附近应力集中现象。根据开挖后拱部围岩的塑性耗散能可以判断,无论初始地应力侧压系数是多少,椭圆拱是最优的,其次是三心圆拱。

爆炸荷载作用下工字钢梁非线性有限元分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS对工字钢梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值计算,分析过程中考虑了应变速率对钢材性能的影响。通过调整爆炸荷载的施加方式和工字钢梁支座边界等参数,得到了爆炸荷载作用下,工字钢梁在不同条件下的跨中位移响应、破坏形态、跨中Mises应力变化与时间的关系和梁中塑性耗散能的变化,并对结果进行了分析比较。

利用搓滚热对微电机轴进行表面淬火的探讨

提出直接利用搓滚加工微型电机轴过程中产生的热量对其进行表面淬火处理,使表面淬火工艺和加工过程一体化,减小了轴的变形,减少了生产工序,降低了成本和污染,提高了加工效率。搓滚热量主要来源于搓滚过程中的塑性耗散能和弹性滞后能。在受力分析的基础上,导出了搓滚热量计算公式;分析了工件的温度场,初步探讨了搓滚工艺参数对表面淬火的影响。

ISO 1853《硫化或热塑性的导电和耗散橡胶电阻率(系数)的测定方法》

引言 橡胶通常被认为是具有较高电阻率的物质，所以，橡胶作为绝缘体被广泛地使用。然而，各种物质的加入，特别是某些形态的炭黑，会显著地降低橡胶的电阻，以至于可以得到１０～（１３）Ωｍ至０．０１Ωｍ之间的电阻率。 电阻率降低的橡胶对于各种工艺和工业用途是非常有用的物质，最常见的应用就是用作对静电负荷的耗散。在一些特殊环境下，如在绝缘材料漏电的情况下或电器设备附近，作为防止着火的安全保护装置或防止与之接触的人受到猛烈的电击，所应用的产品必须具有最低的电阻极限。 能把静电负荷传导走，并具有足够绝缘的电阻以满足以上安全要求的橡胶产品被称为耗散橡胶制品，不能满足安全要求的橡胶产品叫导电橡胶制品。由于产品的外观尺寸是复杂的，因此，对于这两种橡胶制品确定一个合适的体积电阻率（系数）是不可能的。但是在临界点之间确定一个电阻率范围是可能的。通常导电物质被认为具有低于１０‘ｌｍ的电阻率（系数）而耗散物质具有 １０’ｌｍ～１０” ｌｍ之间的电阻率（系数）。 除了静电外，对于大多数电器设备以及在大多数建筑物中，首要的危险来自子额定电压供电网中泄漏的电流，为了防止这些危险，建议在采用 ２５０ Ｖ的市电电源时，对于耗散橡胶最低的电阻极限应为 ５

梁系结构上限极限分析的弹性模量缩减法

结合线弹性梁系有限元法和弹性模量缩减法,提出了梁系结构上限极限的分析方法。该方法根据构件截面广义屈服准则定义了梁系结构的单元承载比,得到了弹性模量缩减法的模量调整策略,利用梁系有限元法构造出了逼近极限状态的广义应力场以及系列机动允许位移场;同时推导出考虑弯矩和轴力共同影响下的梁单元弹性应变能和塑性耗散功计算公式,建立了梁系结构上限荷载乘子迭代算法。该算法继承了弹性模量调整法原理简单、应用方便等优点,并可应用于具有不同几何特性和材料特性构件构成的复杂结构中。算例分析表明:本文算法具有良好的计算精度和迭代稳定性,通常可在30个线弹性迭代步以内得到与解析法或其他算法在4%以内的极限分析结果。

剥离法测量钛基体和不锈钢基体镍膜的界面结合能

依据能量平衡法则和Moidu等人塑性弯曲耗散功的算法 ,并考虑残余应力对界面结合能的影响 ,导出了包括残余应力因素在内的剥离实验界面结合能的表达式。对钛基体和不锈钢基体镍膜的膜基结合强度进行了剥离实验研究 ,求出了钛基体和不锈钢基体镍膜的界面结合能。结果表明 ,界面结合能与膜厚、剥离角和残余应力无关。不锈钢基体镍膜的界面结合能为 5 4 7～ 6 0 8J m2 ,钛基体镍膜的界面结合能为 5 33～ 6 72J m2 。实验结果还表明 ,膜内残余应力的存在降低了剥离强度。

平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法

为采用梁单元高效准确求解平面圆管结构极限承载力,提出了相应的极限上限分析的弹性模量缩减法。首先利用齐次广义屈服函数定义结构的单元承载比,然后结合弹性模量缩减过程获得逼近结构塑性极限状态的失效模式,同时,基于平截面假设推导了平面圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的计算公式,进而在结构失效模式上构造出平面圆管结构极限上限荷载的迭代计算方法。算例分析表明,平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法具有良好的计算精度和效率,其与EPIA误差在7%以内,迭代次数较EPIA减少一半以上,解决了由于梁单元截面各处的等效应变和应力不相同而导致的上限荷载乘子不能直接运用的问题。研究结果可为平面圆管结构的极限分析和安全评估提供参考。

全局性能水准与构件局部损伤状态相关性研究

传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作为工程需求参数,假定一系列累积塑性应变阈值建立局部构件的易损性曲线族。以传统的最大层间位移作为反映全局性能水准的工程需求参数,建立结构全局性能极限状态下的易损性曲线。对比全局和局部易损性曲线,发现全局性能水准和局部构件损伤状态之间存在良好的相关性,通过易损性曲线的吻合程度可获得给定全局性能水准相对应的累积塑性应变阈值。进而也建立起全局性能指标与局部损伤状态的映射关系。基于累积塑性应变的机构易损性分析是一种更精确的易损性分析方法。

滑坡极限分析研究

基于塑性力学和极限分析理论,介绍和研究岩土体的体积塑性耗散功率和面积塑性耗散功率,并以平动性滑坡为例,给出滑坡体塑性耗散功率和安全因子的计算方法,具有一定的实用价值。