固体发动机绝热层横观各向同性超弹性本构模型

固体火箭发动机绝热层因内部存在短纤维,其力学行为难以准确表征,为了建立考虑短纤维影响的本构模型,针对芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶材料开展了平行于压延方向(0°)与垂直于压延方向(90°)的拉伸试验,验证了绝热层材料内部短纤维近似定向分布的假设;同时基于断面SEM图像分析了绝热层材料的纤维抽离、纤维断裂、基体损伤等失效行为。基于试验观测,在应变能密度函数中引入纤维项,建立了适用于绝热层材料的横观各向同性超弹性本构模型,并通过0°、45°和90°单轴拉伸试验验证了该模型的准确性,不同角度预测误差均在10%以内。最后,利用该模型给出了在不同方向上绝热层简单变形的应力响应表达式。

横观各向同性岩石弹塑性本构模型与参数求解方法研究

地层中普遍存在层理状岩石,这些岩石细观结构具有显著的方向性,从而引起了其变形与强度具有横观各向同性。采用弹性力学与广义塑性力学基本理论,建立了岩石横观各向同性弹塑性本构模型：弹性部分采用广义胡克定律描述,塑性部分采用基于广义八面体剪应力的屈服准则和势函数、非关联流动法则和应变硬化准则描述。该模型屈服面为外凸的非等截距椭圆截面角锥体,在各向同性条件下可退化为米塞斯屈服准则。提出了模型参数求解方法：弹性参数采用三轴压缩和扭转试验联合求解;塑性参数采用不同层理方向试样的三轴压缩试验求解。以炭质板岩为例,验证了所提出的横观各向同性弹塑性模型和参数求解方法,验证结果表明所提模型较好地反映了岩石的横观各向同性,参数求解方法简单有效。此外,还根据试验数据分析了炭质板岩塑性势方向性和弹塑性参数耦合特征。研究成果将为丰富岩石力学基本理论和解决相关工程问题提供理论基础。

各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形情况下的本构关系(英文)

提出一种修正的随动硬化材料塑性应变关联流动律 .一个有限弹塑性变形过程被分解成许多小变形子过程 .子过程中的应力响应被研究 .研究表明子过程中的应变增量有两部分组成 ,只有其中一部分影响应力 .结果 ,各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形时的本构关系被提出 .最后 ,对新本构关系与其它理论的本构关系作了比较 ,计算了简单剪切变形的应力 .

横观各向同性岩石弹塑性耦合变形的试验研究

层理状岩石的变形具有各向异性和弹塑性耦合的特点。推导出各向异性岩石弹性变形参数是塑性应变和加载角度的函数。在此基础上,设计并完成具有明显层理状结构的泥质板岩的三轴循环加卸载试验。试验结果表明:泥质板岩的视弹性模量随塑性应变的增大呈指数规律衰减,视泊松比随塑性应变的增大而增大。提出2个经验函数来分别描述视弹性模量、视泊松比与岩样轴向塑性应变、加载角度间的关系,并获得经验函数中相关参数值,据此绘制视弹性模量随加载角度和塑性应变变化的三维空间曲面图。弹性变形参数的各向异性程度随塑性应变的增大而降低。

基于Hosford屈服函数的横观各向同性金属材料拉深成形塑性及变形分析

为了研究板材拉深中的成形极限,对金属材料的拉深成形进行塑性及变形分析。以横观各向同性材料为研究对象,采用对实验数据拟合能力较好的Hosford屈服函数,对拉深成形过程中法兰区的变形性能进行分析,得到法兰区应力场;采用数值积分拟合的方法,给出拉深冲杯杯高数值积分拟合表达式,并用η=2时的杯高解析表达式对此拟合方法的可靠性进行验证;利用Zwick万能试验机和拉深试验机,对铝板进行了拉伸和冲杯实验,验证了杯高表达式的正确性;利用杯高数值积分拟合表达式计算杯高,η=8的结果相对η=2的结果更接近实测杯高,说明了Hosford屈服函数比Hill48屈服函数对金属材料的塑性变形拟合效果更好。

层状岩体横观各向同性弹塑性模型及数值实现

层状岩体在平行和垂直层面的方向上具有不同的强度、变形特性,进行非线性分析时须将层状岩体视为横观各向同性介质。在前人研究的基础上,通过编写UMAT程序将横观各向同性弹塑性本构模型嵌入ABAQUS有限元分析软件,对层状试件进行单轴压缩数值试验与ABAQUS自带M-C模型计算结果进行对比,同时将该模型退化为各向同性模型应用于层状岩体地下工程的计算,计算结果均能验证该模型的有效性和实用性。

横观各向同性功能梯度材料矩形板的自由振动

考察了沿厚度方向材料参数为非均匀的功能梯度横观各向同性矩形板的自由振动。通过引入两个位移函数和两个应力函数导出了两个独立的变系数状态方程。进一步利用分层近似理论 ,将变系数状态方程化为常系数状态方程并求解。发现存在两类独立的自由振动形式 :第一类对应纯板内振动 ,第二类对应一般的弯曲振动。给出了数值结果 ,讨论了材料梯度指标对固有频率的影响。

基于等效横观各向同性虚拟材料的固定结合部建模方法

为提高固定结合部的建模精度以及通用性,考虑固定结合部在法向和切向的不同特性,提出利用横观各向同性虚拟材料等效的固定结合部动力学参数化建模方法,将固定结合部两接触面的微观接触部分等效为一种等截面的横观各向同性虚拟材料,等效虚拟材料与两侧零件均为固定连接。基于接触分形理论和固定结合部接触刚度分形模型,根据横观各向同性材料弹性常数的定义,理论推导了等效虚拟材料弹性常数以及密度的理论计算模型。在此基础上,对具有固定结合部的试验模型进行了有限元建模与模态分析,进而将理论分析模态与试验模态进行比较,结果表明:试验模型的理论模态与实验模态的前6阶振型完全一致,相应固有频率的相对误差的绝对值在10%以内,说明了建模方法的正确有效性,为数控机床固定结合部动力学建模提供了一种新的方法,实现了固定结合部动力学建模与有限元分析软件的无缝衔接集成。

横观各向同性材料中激光超声谱有限元数值模拟

研究了横观各向同性材料中激光超声波的传播特征.基于谱有限元方法,建立了横观各向同性材料中激光超声的数值模型.利用谱有限元方法模拟脉冲激光作用于材料上产生超声波及其传播的过程.讨论了横观各向同性薄板的各向异性及各向同性平面内超声波的传播特征,并分析了材料厚度的变化对产生超声波模态的影响.

低频多模式超声兰姆波超薄层状横观各向同性复合材料定征方法:理论与实验

研究使用低频多模式超声兰姆波估计超薄层状横观各向同性复合材料的弹性常数、密度和厚度等参数的方法。这里“超薄”的概念是指材料厚度远小于材料中的声波波长，导致在时域上材料前后界面的各次回波信号相互混迭。文章分析了沿平行和垂直于纤维两种方向上，在超薄层状横观各向同性复合材料中传播的低频兰姆波的色散特性，提出在最小二乘意义下以材料多模式兰姆波色散曲线为基础的反向算法对材料进行了参数估计．文中分析了影响估计准确性的各种因素，研究了方法对材料各参数的灵敏度及其在误差传递中的意义，建立了评判反演材料参数准确度的理论依据。结合超声泄漏兰姆波频域分析方法并使用超声耦合剂耦合方式和一对中心频率为 ２ＭＨｚ的宽带纵波换能器，实验结果证实该方法能够准确估计的单向玻璃纤维增强聚醚砜（ＰＥＳ）的材料参数．

横观各向同性压电材料半无限体Green函数解

按以四个调和函数表示的通解，用镜像法，对材料特征根ｓ１≠ｓ２≠ｓ３≠ｓ１情形，给出了横观各向同性压电材料半无限体的两类闭合形式Ｇｒｅｎ函数．

横观各向同性材料椭圆片状裂纹问题的新方法

严格从三维横观各向同性材料弹性力学理论出发,用超奇异积分方程的方法对椭圆类片状裂纹问题进行了重新研究。超奇异积分方程中的未知位移间断近似地表示为基本密度函数与多项式之积,其中基本密度函数反映了椭圆片状裂纹前沿应力场的奇异性。椭圆片状裂纹在均布载荷作用下,通过巧妙地引入椭球坐标系,进一步得到了未知位移间断的封闭解。使用这些近似封闭解和应力强度的定义,精确地得到了裂纹前沿I型、II型和III型应力强度因子以及电位移强度因子的表达式。该结果与现有精确解完全一致。

横观各向同性材料轴对称问题基本解

从横观各向同性材料的基本解出发,用积分的方法得到了轴对称问题的基本解,对于材料特征根Si 互不相等或相等的两种可能情形都给出了表达式,因此,可直接退化得到各向同性材料轴对称问题基本解。

横观各向同性材料半无限体内作用圆环载荷的解

从横观各向同性材料的半无限体点力解出发 ,用积分的方法得到了半无限体内作用圆环载荷的解 ,对于材料特征根互不相等或相等的两种可能情形都给出了表达式 ,因此 。

一个与弹性应变能相协调的脆性横观各向同性材料破坏准则

岩土材料广泛存在于自然界中,在重力沉积作用下表现出明显的横观各向同性。为了更好地研究横观各向同性材料的破坏机制,基于Christensen提出的破坏准则应与弹性应变能函数相协调的思想,推导了横观各向同性材料的弹性应变能,通过应变能的分解和整理,分析了应变能中各项所表示的物理意义,确定了级数展开的基,从而使得应变能函数和材料破坏准则在形式上具有一致性,最终提出了一个适用于脆性横观各向同性材料的破坏准则。该准则由5项能够与弹性应变能相协调的部分组成,仅包含5个独立且物理力学意义清晰的参数。基于常规试验给出了5个独立参数的确定方案。通过与Tsai-Wu准则及已发表的多组试验数据的对比,验证了准则的正确性。

横观各向同性岩土材料应变局部化现象的有限元模拟

岩土材料的各向异性性质与其微结构紧密相关,文中考虑到内摩擦角是应力状态、组构张量及材料主方向的函数,发展了适用于横观各向同性岩土材料的修正的Drucker-Prager屈服准则.基于Cosserat连续体理论,推导了该准则的一致性映射返回算法,形成了一致性切线模量矩阵,并利用有限元软件Abaqus的用户单元子程序(UEL)进行了数值实现.通过将积分点材料强度随材料主方向及各向异性程度的变化关系与理论结果进行比较,验证了程序开发的正确性.数值算例重点分析了材料主方向和各向异性参数对结构极限承载力及破坏模式的影响,且与经典连续体的结果进行了比较.结果表明,文中方法能够较好地模拟具有横观各向同性的岩土材料的应变局部化现象.

横观各向同性压电材料的Boussinesq问题的解与势函数

基于横观各向同性压电材料的材料系数具有一定的对称性,通过Fourier变换求出了半空间受法向点力与点电荷时的Boussinesq解的解析表达式,并讨论了相应的势函数。文中直接从偏微分方程组的边值问题出发,运用Fourier变换把偏微分方程组转换为代数方程组。利用线性叠加原理,通过求解两组代数方程组,从而分离出点力与点电荷的耦合作用。文中的方法具有直接性,取代了具有试探性的半逆解法。

应用横观各向同性材料模型的钢缆接触分析

在钢缆和钢缆导向装置的接触分析中,对钢缆应用横观各向同性材料和预应变边界条件,创建了钢缆的整体模型,提供了一种钢缆接触分析的简化方法。在系泊系统项目的钢缆安装设计中,使用该方法成功校核了船舶艉滚筒的强度。该方法对钢缆的导向装置及类似结构的设计具有普遍意义。

单轴压缩下横观各向同性岩石破裂过程的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的 RFPA2D数值模拟软件,用 2 种不同的岩石材料来组成 7 个不同岩层倾角的横观各向同性的岩石试件,通过单轴加载数值模拟试验,模拟横观各向同性岩石渐进破裂的整个过程,分析了岩层与最大主应力之间的倾角和强度之间的关系,讨论了不同岩层倾角的横观各向同性岩体的不同破裂模式及其破坏准则。

横观各向同性压电矩形薄板的非线性振动

由于压电材料在航空航天轻形结构动力控制中的广泛应用 ,压电结构的非线性机理成为工程界急需解决的问题。为了拓广压电结构的理论基础 ,本文对于横观各向同性压电矩形薄板 ,给出了大挠度条件下的应变位移关系 ,利用 Hamilton原理导出了压电矩形薄板的非线性振动方程 ,并用双重 Fourier级数展开和 Galerkin方法获得四边简支压电矩形薄板非线性自由振动的解析解 ,分析了材料参数和几何参数对振动特性的影响。