含损伤材料的热粘塑性本构关系和柱壳破裂研究

以含内变量的本构关系理论为基础 ,结合材料损伤演化方程 ,并考虑了温度和损伤对材料参数的影响 ,得到了增量形式的热粘塑性本构关系的普适显式表达式。然后使用Bodner幂函数型粘塑性模型 ,具体推导了其增量形式的热粘塑性本构方程。接着结合在实践中有重要意义的内部爆炸载荷作用下的柱壳破裂问题 ,建立了含损伤热粘塑性柱壳破裂问题的完备方程组 ,使用有限差分方法 ,完成了对问题的数值模拟 ,并对结果进行了分析。计算结果与实验结果符合良好。

材料的弹粘塑性本构关系和应力波的演化

试验表明,大多数工程材料在冲击载荷作用之下的变形一般都同时包含有可恢复的瞬态性弹性变形和不可恢复的粘滞性塑性变形,即其本构关系可以用弹粘塑性模型来描述。本文从内变量理论出发,探讨了时率相关材料的弹粘塑性本构关系的一般特性,建立了增量型的弹粘塑性本构关系的一般理论框架和普适的表达式,并且对两种最常用的本构模型--Bodnet-Partom模型和Johnson-Cook模型给出了在一维应变条件下的具体形式。通过计算和讨论一维应变粘塑性靶板中冲击波的衰减机制和应力波的演化规律,特别是考察各种粘塑性本构模型中的材料参数对冲击波的衰减和应力波的演化的影响,得出了一些可以直接应用或具有一定借鉴价值的结果,为研究应力波的其他衰减机制以及在人防工程中智能防护层设计时新材料的选取奠定了基础。

45#钢热粘塑性本构参数的确定及应用

基于45#钢3种不同热处理状态的材料测试系统（MTS）和Hopkinson不同加载条件（应变率10^-3 10^3/s）下的真应力-真应变曲线,利用最小二乘法拟合了Johnson-Cook本构关系中的待定参数,修正了应变率硬化指数,拟合的本构关系参数的计算值与实验数据比较,吻合很好.数值模拟结果与霍普金森压杆（SPHB）实验曲线的对比说明,修正的Johnson-Cook本构关系可以更真实地描述冲击载荷条件下45#钢的力学行为.在此基础上获得了本构关系参数与材料组织铁素体体积分数之间的定量关系,为高应变率载荷条件下使用的45#钢热处理工艺制定提供了科学依据.

寒区隧道地震响应的弹粘塑性分析

首先给出冻土的弹粘塑性本构关系方程 ,然后以大坂山隧道为例 ,模拟隧道的开挖和衬砌过程并考虑渗流体积力的影响 ,给出了隧道刚修好时隧道衬砌和围岩的初应力和位移。在此基础上模拟冻融循环过程 ,给出了考虑围岩的冻胀后 ,隧道刚好使用 1年和 5年时隧道衬砌和围岩的应力和位移。最后对寒区隧道的地震响应进行弹粘塑性有限元分析。算例表明 ,寒区隧道衬砌和围岩的初应力和位移对其地震响应有很大的影响 ,在寒区隧道设计中应该充分考虑这些因素。

碳酚醛各向异性本构关系和波传播

通过理论和实验研究相结合的方法，建立了碳酚醛材料的横观各向同性粘塑性本构关系，并对其一维应变波的传播问题进行了典型的数值计算，总结和揭示了其本构方程和应力波传播的若干规律和特点。

软土路基粘弹塑性大应变分析的工程应用

采用粘弹塑(西原)本构关系模拟土骨架的材料非线性、更新的拉格朗日法描述软土的几何非线性,推导用于增量分析的饱和土体双重非线性U.L.J.格式平衡方程和连续性方程,编制软土路基大型实用化有限元分析程序,利用该程序对某高速公路的实测断面分别进行大应变、小应变分析。数值模拟结果和现场实测结果的对比分析表明:大、小应变分析结果的差异随应力水平的提高和时间的延长而上升,其地表沉降、地基沉降、水平位移、孔隙水压力的最大相对误差分别为16.39%,20.23%,27.8%和22.75%,说明对软土路基进行大应变分析很有必要;采用室内试验确定的计算参数进行分析时,计算结果虽能较好地模拟地基应力和位移的发展趋势,但其值有较大差别,说明必须寻求更加合理的计算参数确定方法以提高数值模拟精度。

薄壁回转壳体的弹/粘塑性失稳分析

采用Freudenthal公式[1] 对薄壁回转壳体的弹 /粘塑性失稳进行分析 ,得出薄壁圆柱壳及薄壁球壳体的弹 /粘塑性失稳过程中最大应力与时间的表达式 。

TB2钛合金绝热剪切行为的数值模拟

通过采用最小二乘法和C语言编程拟合热粘塑性本构方程中的待定参数,并在此基础上对绝热剪切带内温升进行了估算。将估算结果与有限元模拟结果进行比较,两者吻合较好。绝热温升的估算结果表明:在绝热剪切带内,温度达到了TB2钛合金的再结晶温度,但低于其相转变温度,这与合金发生剪切变形后的微观组织特点相一致。

材料动态变形中的绝热剪切带研究现状

对材料动态变形中的绝热剪切带研究现状进行了大致的总结。从绝热剪切产生机理和失稳判据、剪切带内微观织构、实验技术研究与发展与数值模拟四个方面对目前的研究进行了总结与比较,认为热粘塑性本构关系应该考虑微观结构变化及材料的应力状态,才能够有效地分析微观结构变化对宏观变形局域化的影响;绝热剪切带内部组织结构和微观结构变化的研究仍旧存在不足,绝热剪切带微观组织的演化进程不够明确;数值模拟技术考虑的影响因素不够全面等。对绝热剪切带的发展趋势提出了自己的见解。

金属损伤演化方程和层裂准则的确定(英文)

文中由唯象分析和细观统计相结合的方法给出了一种新的损伤演化方程.对两种金属,在试验结果和内变量理论的基础上得到了计及损伤的热-粘塑性本构关系.用有限差分数值计算研究了应力波传播规律、损伤发展及层裂.通过自由面速度历史的数值模拟,并基于计算结果与试验结果间的最佳一致性,得到了损伤演化方程和层裂准则中的材料参数.

铀铌合金层裂行为的数值模拟

采用一种唯象模型来模拟铀铌合金在高应变率条件下的变形行为,该模型包括了材料的非线性弹性(状态方程)、率相关塑性和孔洞的形核及生长等多种效应。并且采用一种对角隐式Runge-Kuta方法来求解本构率方程组,提高了热粘塑性本构关系计算的稳定性及精度。对D.L.Tonks等的铀铌合金平板撞击实验进行了数值模拟,并将计算结果同文献中的实验和数值模拟结果进行了比较。结果表明,本文的计算结果比文献中的数值模拟结果更接近有关实验数据。

钽的层裂实验数值模拟

采用连续介质力学基唯象模型模拟分析了钽的平板撞击层裂行为。该模型包括了材料的非线性弹性(状态方程)、率相关塑性和孔洞的形核及生长等多种效应,并且采用一种对角隐式Runge-Kutta方法来求解本构率方程组,提高了热粘塑性本构关系计算的稳定性及精度。将数值模拟结果和相关实验数据进行了对比分析,结果表明,对于样品中的拉应力峰值明显高于材料层裂强度的实验(中、高速平板撞击实验),理论模型具有较好的预估能力,但对于临界层裂问题(低速平板撞击实验),该模型对材料损伤与失效过程的描述可能不够准确,需要进一步改进。