双孔微剪切测定铝合金焊接接头的局部本构特性

铝合金焊接接头存在着力学性能不均匀性,准确测定出不同区域的局部力学性能,对评定整体接头性能和改善焊接工艺是十分必要的。研究了一种双孔微剪切测定局部材料本构性能的新方法。在被测材料的小区域两侧开两小孔,剪切刀具从其中一孔对被测区域的材料加载直到破坏,记录加载过程中的载荷位移曲线。建立这种方法的有限元模型,根据实验的载荷位移曲线,利用反向有限元计算方法得到局部材料的真应力应变曲线。从而测定了铝合金焊接接头热影响区的塑性变形的本构特性分布。测定结果表明,在热影响区的完全固溶区,材料的屈服应力较小,而加工硬化指数较高;在过时效区屈服应力和加工硬化指数都比较低。

混凝土单轴受拉的非局部本构模型

混凝土受拉本构行为存在很强的局部软化现象,使得单轴受拉试验无法给出应力-应变关系,而只能给出应力-位移关系。本文根据内变量理论和等效应变假设建立了基于真实应变的混凝土单轴受力本构方程,并根据Weibull分布可以描述混凝土等脆性材料断裂过程的试验现象,建立了关于弹性应变的损伤演化规律。然后,通过假设平均应变与真实弹性应变的函数关系,在应力-平均应变的本构关系中采用平均弹性应变以描述其非局部行为,而在材料的损伤演化规律中采用真实弹性应变以描述其局部行为,由此建立了单轴受拉荷载条件下的非局部本构模型。最后,对一个单调受拉试验和一个反复受拉试验的仿真结果表明所提出的非局部本构模型可以准确地模拟试验结果。

一种双相材料的应变等效非局部本构模型

珠光体钢由众多随机取向的珠光体团构成 ,每一珠光体团又包含了许多交替叠合的渗碳体片和铁素体片。实验表明 ,具有较细片层间距的珠光体钢具有较好的综合力学性能 ,较高的耐磨性和抗接触疲劳性能。基于考虑此类材料中由于两相变形的不协调而存在的相间的相互约束 ,提出了一种应变等效非局部本构模型 ,在不改变材料局部参数的前提下 ,通过引入等效应变较好地描述了作为珠光体材料微结构基本参数的片层间距对其宏观响应特性的影响。对具有不同平均片层间距的热轧PD3和离线全长热处理PD3珠光体钢轨钢的非对称循环塑性进行了分析 ,得到了与实验相吻合的结果。

非局部本构的一种改造形式及内尺度分析

在Lagrange运动学描述的基础上,提出了一个普遍意义上的非局部效应本构关系的改造形式,它对每一个经过验证的本构都适用。这样处理既可以利用本构模型的研究成果,又计入了应变梯度对应力的贡献。以截面为单位尺寸正方形、无限长、小变形描述为例,讨论了理想弹塑性柱体内的P波行进特征,分析了梯度项、黏滞阻尼和滞变阻尼等效的材料内部尺寸效应。

声弹性测试法在非局部损伤本构方程中的应用

用声弹性测试法得到了以材料参数和波速表示的损伤参量，将该参量非局部化后代入非局部损伤本构方程中得到了非局部应力－应变关系曲线，与宏观结果比较，有较好的一致性，证明该方法是行之有效的。

边坡失稳问题的非局部损伤本构建模

借鉴近场动力学的思想,任意一点的损伤状态由围绕该点的断键情形来评估.通过引入能量退化函数,构建了一个有限元框架下的非局部损伤本构模型,该模型能够克服键基近场动力学的泊松比限制,又能反映剪切破坏的力学行为.有限元建模时仅需对可能出现破坏的区域进行网格加密,应用提出的非局部损伤本构模型,就能准确捕捉破坏过程中的裂纹或滑移带的发展.四点剪切梁的例子验证了本模型的可靠性和高效性,最后应用到边坡的失稳模拟上,取得了非常好的效果.

弹塑性介质内的波速变化

应用一个具体问题展开了波在固体在弹性、弹塑性和应变局部化阶段的传播特性的研究。当经典本构计算到材料出现应变局部化时失效、控制方程出现分叉现象时,非局部效应本构描述得以继续分析,破坏过程变形进一步体现。本构内引入梯度项的贡献,以牺牲了特高频率(>k)特性为代价,增强了控制方程的稳定性。阻尼的影响复杂得多,考虑滞变阻尼、且仅与质量有关时,阻尼对控制方程的稳定性没有贡献。如果阻尼考虑为与质量和刚度联合相关时,阻尼对控制方程稳定性是有一定的贡献。

基于连续数值模拟的筒仓卸载过程中颗粒物压强及其速度场分析

应用基于局部本构理论的连续数值模拟方法,研究出口在底部和侧面的颗粒物在类三维矩形容器内的卸载现象.重点是容器厚度W和出口高度D对颗粒物压强与速度的影响.受力分析和数值模拟结果均表明,距离出口较近区域的颗粒物压强与W及D呈现如下相关性:当D/W足够小时,压强只与D相关;当D/W足够大时,压强只与W相关.且出口在底部和侧面时均有上述结果.模拟结果还显示,当出口在底部时,对于模拟中所有D/W值,出口中心处法向速度只和D相关;当出口在侧面时,颗粒物出口中心处法向速度则与压强变化规律一致.由此可见,出口处的压强并不控制颗粒物的出口法向速度.另外,与出口在侧面相比,出口在底部时,造成流量相关性规律改变的D/W临界值较大,一般实际情况无法满足,因此出口中心处法向速度只与D相关,始终满足Beverloo定律.

混凝土局部损伤裂缝带模型研究

为消除混凝土开裂使有限元分析结果对单元网格尺寸产生的依赖性,在基于局部本构模型的材料非线性有限元分析中,建立了混凝土局部损伤裂缝带模型。结果表明:该模型所采用的三参数幂函数型拉伸损伤演化方程,可满足不同单元网格尺寸下应力-应变关系调整的需要;在局部损伤本构模型中引入断裂能和与单元网格尺寸相关的裂缝带宽度,可在保证断裂能客观性的前提下依据初始应力-开裂应变关系推导不同单元网格尺寸下的应力-开裂应变关系;提出基于异步粒子群智能算法的优化反演方法,可实现在有限元分析中依据应力-开裂应变关系自适应,从而确定不同单元网格尺寸下的模型参数。在ABAQUS软件平台上采用所建立的模型对算例进行了数值模拟,验证了模型的有效性与程序编制的正确性。