强激光辐照下孔洞尺寸对铁相变过程的影响

利用分子动力学模拟研究了完美单晶铁以及含不同尺寸孔洞的单晶铁相变过程,分析了孔洞尺寸对相变过程的影响。模拟结果表明:孔洞的存在降低了相变的阈值应力,加速了相变区域成核速率和相变传播速率;随着孔洞直径的增大,相变的阈值应力逐渐降低;孔洞也改变了相变的初始成核区域,使相变区域呈现出一个蝴蝶状的形貌;孔洞反射的稀疏波对相变成核区域的影响随孔洞体积增大而增大,导致孔洞周围出现大量的无序结构原子;孔洞体积对相变的影响也体现在了粒子速度空间分布上,压缩过程中孔洞周围出现的大量"热点"导致了更低的粒子速度空间分布。

基于均匀化预测含初始缺陷钢纤维混凝土弹性模量

为合理设计利用钢纤维混凝土,将掺钢纤维的混凝土看成由砂浆、骨料、界面、初始缺陷、钢纤维以及界面处较大的孔隙率组成的多相复合材料,采用分步均匀化的方法建立预测混凝土混合夹杂模型,将微分法、Mori-Tanaka方法以及Christensen的三相模型相结合求解混合夹杂模型,模型预测结果与试验结果吻合较好。分析结果表明:骨料性质对钢纤维混凝土弹性模量影响显著,钢纤维混凝土整体弹性模量随水灰比,界面过渡区厚度,孔洞体积分数的增加而降低,随骨料体积分数,骨料弹性模量以及界面的弹性模量的增加而增大。

单晶与纳米多晶锡层裂的分子动力学研究

低熔点金属的层裂是目前延性金属动态断裂的基础科学问题之一。采用非平衡态分子动力学方法模拟了冲击压力在13.5~61.0 GPa下单晶和纳米多晶锡的经典层裂和微层裂过程。研究结果表明:在加载阶段,冲击速度不影响单晶模型中的波形演化规律,但影响纳米多晶模型中的波形演化规律,其中经典层裂中晶界滑移是影响应力波前沿宽度的重要因素;在单晶模型中,经典层裂和微层裂中孔洞成核位置位于高势能处;在纳米多晶模型中,经典层裂中的孔洞多在晶界(含三晶界交界处)处成核,并沿晶定向长大,产生沿晶断裂,而微层裂中孔洞在晶界和晶粒内部成核,导致沿晶断裂、晶内断裂和穿晶断裂;孔洞体积分数呈现指数增长,相同冲击速度下单晶和纳米多晶Sn孔洞体积分数变化规律一致;经典层裂中孔洞体积分数曲线的两个转折点分别表示孔洞成核与长大的过渡和材料从损伤到断裂的灾变性转变。

岩土材料塑性损伤模型及拱坝的变形局部化分析

常规的弹塑性模型难以模拟材料破坏时由于内部损伤累积引起的变形局部化带形成过程。将岩土材料抽象为含有孔洞的球形体胞单元的集合体,采用一个标量——孔洞体积百分比来刻划单元的损伤程度,基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料的塑性损伤模型。将该模型通过用户子程序嵌入到大型有限元商业软件MRAC中,研究岩土材料的局部化剪切带形成过程。采用该模型,成功地对平面应力条件下岩土材料单轴受压和单轴受拉试件的局部化破坏分别进行了数值模拟。采用该模型,对拱坝在超水载作用下的变形局部化进行了研究,数值计算结果表明,上游坝踵处最先发生变形局部化现象。

GTN细观损伤模型在铝合金轧制裂边分析中的应用

针对4004铝合金薄板在轧制过程中产生裂边的问题,基于GTN细观损伤模型,采用数值模拟技术对冷轧板成型过程进行模拟计算,分析板材边部区域的应力场及临界空洞体积分数的变化,研究了轧板产生轧制裂边缺陷与下压量的关系,并进行了实验验证.结果表明,GTN细观损伤模型适用于有限元分析轧制裂边的产生;4004铝合金累积道次在50%以上易产生轧制裂边加工缺陷;单道次下压率为10%的板材成型率高于15%单道次下压率.以上研究对理论分析轧制裂边缺陷及提高轧制板材质量具有重要意义.

中心圆孔薄板试样局部损伤破坏试验与数值分析

对含圆孔的16MnNb矩形薄板试样进行拉伸破坏试验,用扫描电镜分析了断口形貌和断口破坏方式;采用含孔洞材料本构模型,结合有限元数值方法对试样的细观孔洞演化过程和材料微观破坏过程进行了数值模拟分析。结果表明:材料中由于形成的微孔洞在圆孔周围最小横截面上和拉伸后形成的剪切带区域较大,所以微孔洞长大速度最快位置在圆孔周围局部颈缩区域,最后试样在该处起裂,并沿着最小横截面扩展,在裂纹前缘形成两条明显的剪切带,剪切带上试样发生颈缩。计算结果与试验结果相当吻合。

明胶对明胶/壳聚糖共混膜性能影响的研究

采用溶液共混法制备出了一系列明胶/壳聚糖共混膜,并考察了制备条件对膜性能的影响。结果表明:明胶的溶解方式对吸水率和溶胀比影响很小;随明胶分子量增加,共混膜的吸水率和孔洞体积增大;而随共混体系中明胶质量分数的增加,吸水率和孔洞体积亦增加,但溶胀比下降。

T型三通管液压成形的塑性损伤(英文)

采用GTN损伤模型,分析了不锈钢T型三通管的破裂行为,采用数值模拟和管件液压胀形试验确定了GTN模型中临界孔洞体积分数和极限孔洞体积分数,分析了成形压力及轴向补料量对损伤演变的影响,分析了应力三轴度及塑性应变对孔洞体积分数的影响规律。结果表明:成形压力较高或轴向补料量较小时,管件成形过程中将产生破裂缺陷。支管顶部处于双向拉应力状态,主管侧壁处于环向拉伸、轴向压缩的应力状态。在成形初始阶段,内压较低时,塑性应变孔洞体积分数变化的影响较大;然而,在成形后期,内压较高时,应力三轴度对孔洞体积分数的增大有较大影响。数值模拟及试验结果给出了相同的壁厚分布规律,所成形三通管的最大壁厚减薄率为36%左右。

煤岩自振频率的影响因素试验研究

为探究振动波增渗煤岩的优势频率,依据敲击法测试原理自主搭建煤岩自振频率测试系统,从煤岩尺寸、含水率及孔洞缺陷等3方面,研究煤岩的自振频率。研究结果表明:进行振动信号的快速傅里叶变换(FFT)时,汉宁窗较矩形窗、指数窗的加窗效果更好;在此基础上,测得4组不同尺寸煤岩的一阶、二阶自振频率范围分别为11.1~17.2 Hz、35.0~40.6 Hz;含水率的增加使得煤岩自振频率降低,且煤岩的一阶自振频率变化在含水率较低时较敏感;煤岩孔洞体积对其自振频率的影响存在局限性,不同孔洞体积煤岩的一阶、二阶自振频率变化幅值分别在5.2%、6.5%之内;振动波对煤岩自振频率影响以塑性变形及煤岩整体缺陷的演化为主。

高强韧钢拉伸试验孔洞百分率测试与韧断机制

对高强韧低碳贝氏体钢采用X-射线CT技术测试不同拉伸变形量的孔洞数量和体积百分率。结果表明,随着拉伸变形量的增加,孔洞数量不断增加,但增加缓慢,直到拉伸断裂前,孔洞才快速急剧增加。断裂变形量21%时的孔洞数几乎是19%变形量孔洞数的17倍,孔洞体积百分率的比值更是达到18.2倍。高强韧钢铁材料的韧性断裂机制是裂纹和因夹杂物引起的单个孔洞逐步连接,最后与大量A/M岛萌生的小孔洞汇合连接而发生韧性断裂。

基于单孔洞近似的高纯铝部分层裂实验的数值模拟研究

基于单孔洞近似,对不同撞击速度下高纯铝的部分层裂实验进行了数值模拟研究,讨论了微孔洞长大对波传播的影响及其在自由面速度波剖面上的表现.通过分析微孔洞周围的应力场变化,认识到实测自由面速度波剖面出现"回跳"特征并不能说明材料发生完全层裂,其直接原因是样品内部微孔洞长大所引起的局部卸载效应.将计算得到的自由面速度波剖面和微孔洞相对体积与实验结果进行了对比分析,发现两者均符合很好,表明采用单孔洞增长来近似描述部分层裂样品中随机损伤发展及其对波传播的影响是可行的.

复杂应变路径加载下7075-T6铝合金的损伤演化

以7075-T6高强铝合金为研究对象,探明其在复杂应变路径加载后的力学性能,设计了可调节变形量的复杂应变装配模型,并基于GTN本构模型进行了单向拉伸和复杂应变路径加载下单向拉伸的仿真模拟,研究了不同变形量对仿真试样的位移-载荷曲线和真实应力-真实应变曲线的影响,分析了f_(O)、f_(N)、f_(C)、f_(F)这4个孔洞体积分数对复杂应变路径加载下试样的真实应力-真实应变曲线的影响。结果表明:在施加复杂应变路径后,试样断裂处所受的应力减小,应变大幅减小;fO和fC主要影响曲线的颈缩阶段,f_(N)主要影响曲线的屈服阶段,而fF对曲线的影响较小。结果显示,相较于单向拉伸的仿真结果,复杂应变路径加载下的真实应力-真实应变曲线能更准确地反映汽车覆盖件在冲压生产过程中的损伤演化过程。