低应变率下NEPE推进剂“双屈服”特性及其粘-弹-塑性屈服模型

固体发动机全寿命周期中,推进剂药柱长期处于低应变率状态。为了分析硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂在低应变率下的屈服与损伤特性,开展了NEPE推进剂在低应变率(1.190×10^(-5)~2.381×10^(-2)s^(-1))下的单轴拉伸试验。研究表明,NEPE推进剂的应力-应变曲线呈“双屈服”态,最大抗拉强度、断裂强度随拉伸速率的下降而明显下降,但初始屈服点(“脱湿点”)与后继屈服点不受应变率的影响,两级屈服点应变近似保持一个稳定值,分别为13.5%和55.4%。因此,可将“脱湿点”应力视为推进剂的屈服强度。在此基础上,构建了NEPE推进剂粘-弹-塑性屈服模型,通过引入动屈服函数,建立了动屈服强度、粘塑性应变率与静屈服强度之间的关系。结合试验数据,NEPE推进剂静屈服强度为0.22 MPa。

一种弹-粘塑性本构模型材料常数的估计方法

推导了Bodner Partom统一弹 粘塑性本构模型的材料常数估计公式 ,修正了国外有关文献的不当之处 ,发展了模型参数的优化估计方法与程序 。

粘弹-塑性海冰动力学本构模型中的Drucker-Prager屈服准则

针对中小尺度下海冰动力作用过程中的漂移和堆积特征,在粘弹-塑性海冰动力学本构模型中引入了Drucker-Prager(D-P)屈服准则。该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹模型,屈服后采用相关联的正则流动法则。采用该模型对规则海区内的海冰堆积过程进行了数值试验,计算的海冰堆积高度与其解析解一致。另外,在对渤海海冰动力过程中的海冰厚度、密集度、速度以及冰内应力进行的48小时数值模拟中,计算的冰厚分布与卫星遥感资料相符合。基于D-P准则的计算结果与Mohr-Coulomb(M-C)准则的结果相一致,但D-P准则克服了M-C准则计算塑性应力时的奇异现象,进而简化了计算过程。在以上数值模拟中,均采用了光滑质点动力学计算方法。以上数值计算均验证了基于D-P屈服准则的粘弹-塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性。

串联型粘弹-粘塑性沥青混合料本构模型的有限元分析

为将串联型粘弹-粘塑性本构模型移植到有限元计算中,使其能够对沥青路面结构与时间相关力学行为进行有效模拟和计算,通过编制材料子程序对本构模型进行了有限元实现。三维广义Maxwell粘弹性模型采用遗传积分进行表征,利用Prony级数特性推导出卷积方程的递推公式,在应变增量条件下更新应变,获得迭代过程的刚度矩阵;微分型粘塑性本构方程基于径向回退法建立积分子步下的变量演化方程,通过N-R迭代算法解决了收敛性问题,并利用本构模型的离散化推导,建立了整体迭代过程的一致切线刚度矩阵。通过典型算例对室内试验的与时间相关性行为对比分析,验证了有限元实现的合理有效性,为沥青路面结构计算提供理论基础和实例分析。

基于热力学理论的粘弹-粘塑性本构模型

本文以热力学理论为基础,将材料与时间相关的耗散行为解耦为粘弹性和粘塑性两个部分,构建相应的标量自由能函数和耗散势函数,通过内变量理论和广义正交法则推导出粘弹性模型本构方程、粘塑性流动法则和内变量演化方程。该模型反映内变量的能量耗散行为,物理意义明确,满足热力学基本定律。引入改进的向后差分法克服本构模型刚性微分方程组数值计算的稳定性问题,计算结果可以有效地描述材料的蠕变力学行为。通过模型参数分析表明：粘塑性流动方程参数对蠕变过渡段斜率有较强的控制作用,而内变量演化方程参数决定了稳定态应变率的大小。结合沥青混合料时间依赖性力学行为,本文构建了粘弹-粘塑性本构模型参数获取试验方案设计和拟合方法。

软粘土地基弹-粘塑性比奥固结理论的有限元分析

建立了弹 粘塑性比奥固结有限元模型,采用8结点等参单元耦合4结点等参单元的复合单元形式来模拟土体的变形与土体中孔隙水压力消散的耦合效应;并考虑了固结计算时步与粘塑性时步的耦合,以保证程序计算的稳定性与精度。通过程序对实例的计算分析,验证了该程序的可靠性。

正交各向异性岩体中地下洞室稳定的粘弹-粘塑性三维有限元分析

建立了一种正交各向异性岩体的粘弹-粘塑性模型,推导和描述了相应的数值计算表达式和有限元分析的步骤,并使用所编制的三维有限元程序,以在层状岩体(横观各向同性介质)中的地下洞室开挖为算例,考察了围岩的流变动态,得出了几点结论。

弹-粘塑性边界单元法分析及其在隧洞掘进面时空效应中的应用

在弹-粘塑性边界单元法理论方面国外学者已做了许多工作;但国内的工作还相当有限。本文进一步探讨边界单元法中几个关键性问题,包括奇异积分和边界力的不连续性,研制出了二维弹-粘塑性边界元法应用程序,并给出了算例验证。在此基础上,本文首次采用弹-粘塑性边界元法并结合锚喷支护考虑了隧洞掘进面时空效应作用问题,从而拓展了边界单元法的工程应用。

适配器新型基体材料热-粘-超弹本构模型研究

提出了一种描述导弹适配器新型基体材料PU2531在不同温度和不同应变率下的热粘超弹本构模型。利用准静态单轴压缩实验装置和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,获得不同温度不同应变率下的聚氨酯弹性体的压缩应力-应变响应规律;建立了聚氨酯弹性体材料含温度效应项的粘-超弹本构模型,根据实验结果拟合了本构模型中的相关参数;编写了用户子程序VUMAT,单轴压缩实验结果与数值解模型结果吻合度较高,验证了所建立的本构模型及用户子程序的有效性。

一个弹-粘塑性问题的统一解析解

采用统一强度理论对平面应变轴对称问题在弹一粘塑性状态下的解析解进行了分析，由此得到的统一解可以蜕化成一系列从ＭＯｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ单剪强度理论到双剪强度理论的平面应变轴对称问题解析式．文献中已有的关于弹一粘塑性问题的单剪解为本文的特例，统一强度理论可以给出更符合各种不同材料特性的合理解．

基于遗传模拟退火算法的岩土弹-粘塑性参数反分析

根据常荷载作用下当所有应变率为零时,弹-粘塑性问题可得到弹塑性解的特性,建立了岩土弹-粘塑性参数反分析模型.提出了反分析弹-粘塑性问题参数的两步法,即先利用岩土材料应力屈服函数的统一表达式确定屈服函数的系数;再利用P.Perzyna本构方程中的常用Φ函数表达式来确定岩土材料的流动系数γ和常数N.在反分析中,应用遗传算法对参数空间进行全局搜索,并借助模拟退火算法对部分最优个体进行局部搜索.通过典型的厚壁圆筒算例分析表明,这一方法是可行的.

锚固正交各向异性岩体的三维粘弹-粘塑性有限元分析

首先,从经过系统锚杆加固的正交各向异性岩体中取出表征单元,然后,根据“等效材料”的概念,在一定的简化条件下,建立其本构方程、破坏准则及粘弹-粘塑性模型并将其引入三维有限元程序中。以地下洞室开挖为算例来考察锚固前后围岩的流变动态,从而得出有益的认识和结论。

基于粘-弹-塑性模型对磁流变胶非线性滞回行为模型参数识别

磁流变塑性体是一种新型磁流变材料,主要是由软磁性颗粒均匀分散在塑性聚氨酯基体中开发而成的,具有较好的抗颗粒沉降能力。其类似于磁流变液的磁致流变效应使得其在诸多工程领域具有较大的应用潜力。系统测试了频率对磁流变塑性体动态滞回响应,结果发现,在所有频率下磁流变塑性体的滞回曲线具有明显的非线性特性,并表现出应变增强效应。此外,利用遗传算法,基于粘-弹-塑性模型对不同频率下得到的滞回曲线进行参数建模并对模型参数展开识别,发现粘-弹-塑性模型能够精确描述不同频率下的材料动态滞回响应。

非定常热传导对弹-粘/塑性变形和断裂的红外图像分析

本文使用CCD像机、热电偶和红外摄像机对有裂纹平板试样,在单轴拉伸实验中对裂纹尖端附近弹-粘/塑性变形,裂纹的发生、进展,裂纹开口位移和试样表面温度进行了测量。并且用非定常热传导理论对弹-粘/塑性变形和断裂过程中的温度效应进行了解析(FEM)。结果显示对于钛合金在不同的应变速率下,用非定常热传导理论解析得到的裂纹尖端附近温度分布与红外图像非常接近。

岩体弹-粘塑性参数的Bayes随机优化反分析

将Bayes参数估计理论引入岩体弹-粘塑性参数随机反分析问题,建立了相应的Bayes参数反分析误差函数,并将优化理论中的变尺度法应用于该反分析问题,推导了相应的计算公式,编写了相应的计算程序。通过典型算例验算表明,Bayes随机优化反分析方法能有效地估计岩体弹-粘塑性参数,且具有较高的计算精度和计算效率。

弹-粘塑性梁的弯曲

给出矩形截面弹粘塑性梁弯曲问题的求解方程。

竖井地基的粘弹-粘塑性固结及有限元解

用1个带双屈服面的粘弹-粘塑性模型来描述软土的流变性状,并结合Biot固结理论对软土地基的固结沉降进行有限元分析。对竖井预固结地基进行计算,以预压所产生的沉降量及所引起的附加有效应力分别大于设计载荷所引起的最终沉降量和附加应力为终止预压的依据,计算取得了合理结果。

扩展裂纹尖端的弹-粘塑性场

弹性 -粘塑性模型对反平面剪切扩展裂纹尖端的应力应变场进行了分析 .文中给出了适当的位移模式 ,推导了渐近方程 ,并且给出了数值结果 .分析和计算表明对于低粘性情况应变场具有对数奇异性 .

两个弹─粘塑性问题的解析解

本文求得单向拉伸和平面应变轴对称问题的解析解，并说明：不同应变率下的应力响应相差不是一常数；该文的方法还能用于求解其它弹粘塑性问题．