基于复合弹性体界面粘接强度计算的有限元数值模型构建

基于硅凝胶复合弹性体,构建有限元数值计算模型用于计算其界面粘接强度。该模型包括内聚力和具有Mullins效应的超弹体材料力学模型,分别描述了复合弹性体在剥离时界面处能量损耗和周围材料形变时的能量损耗。使用Abaqus可直接实施算例,其算例所需相关计算参数可通过相应的材料力学表征得到。由于与试验结果即其数据曲线的变化趋势、幅度与区间等相近,证明所构建有限元数值模型具有一定的准确性。这一研究为通过有限元数值计算来预测材料性能提供了新的思路,以取代复杂的试验表征方法。

各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的本构模型

各向同性磁流变弹性体是一种将磁性颗粒随机掺入到聚合物基体中制备而成的智能材料。在磁场作用下,其模量发生快速、可逆、连续变化,在振动控制领域显示出良好的应用前景。实验结果表明,各向同性磁流变弹性体的动态力学行为具有很强的频率、应变幅值和磁场相关性。尽管上述行为对于其潜在应用具有重要的影响,但目前关于各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的理论研究则关注不够。为准确评价各向同性磁流变弹性体的动态力磁耦合行为,并指导其相关产品的设计,本文建立了一个基于连续介质力学理论,反映各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的本构模型。随后,开发了和本构模型对应的数值实现算法,并对模型的预测能力进行了验证。该模型有助于深入理解各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的潜在力学机制。此外,该模型有助于指导基于各向同性磁流变弹性体产品的设计和应用。

HTPB/IPDI弹性体的粘-超弹性本构模型研究

研究了HTPB/IPDI弹性体材料单轴等速拉伸及拉伸松弛的力学特性,材料的应变率相关性及松弛特性明显,表现出了较为显著的粘弹性特征;材料在拉伸载荷下有较大的变形量。因此,将Yang L M等提出的适用于橡胶动态特性的粘-超弹本构模型改进应用于HTPB/IPDI弹性体的静态及准静态力学中。模型由超弹模型及粘弹模型并联组成。用实验结果对模型中的参数进行拟合,并用拟合结果预测其他应变率下的实验结果,拟合及预测结果与实验吻合较好。

粘弹性体力学模型的判别准则及在岩石试验中的应用

从粘弹性体介质的蠕变柔量出发，推导出粘弹性体力学模型的判别准则。并通过单轴压缩条件下４种岩石的蠕变试验，讨论了判别准则实用化中的两个问题：解的存在条件问题；多解性及解的唯一性问题。

线粘弹性体的模型识别

为识别粘弹性介质的本构模型，建立了线粘弹性的波动方程，并给出了一维问题线粘弹性波的简谐解和识别方法，这在理论和实用上都有重要意义。

弹性体材料应变率相关力学行为模型

研究弹性体材料应变率相关力学行为模型。对弹性体材料在单轴拉伸情况下进行受力分析,得到应力与应变能之间的关系,并在热力学分析的基础上研究材料的内禀时间变量。将内禀时间变量与广义maxwell模型相结合得到表达弹性体材料粘性的模型,并将此模型与Mooney-Rivlin超弹性模型结合建立弹性体材料应变率相关力学行为模型。分析表明,模型中的各项参数与物理事实相符,该模型在减震和缓冲领域具有工程应用价值。

粘弹性体接触时接触应力的有限元法分析

以粘弹性Maxwell模型材料的积分松弛型本构关系为基础 ,进行了本构关系递推 ,并建立了Maxwell模型粘弹性体的有限元分析模型 ,再利用节点对接触模型理论编制了Maxwell模型二维接触问题接触应力计算有限元程序 ,并验证了其正确性。最后应用该程序 ,研究了简单Maxwell模型轴对称粘弹性体接触时接触面上轴向应力分布及其变化规律。

基于变形法的粘弹性体实测应力计算

由单轴应变计算应力,常采用变形法和松弛系数法,但是,当前变形法所采用的数学模型及计算方法源于20世纪40年代,由于当时主要靠手算进行,对计算公式做相应近似。在使用电脑的今天,上述作法导致了当前应用中出现的概念模糊化和运算复杂化的情况,普遍反映使用不便,并且,计算方法并非理想。本文从粘弹性体实测应力计算的基本原理出发,得到了计算实测应力的基本方程,并研究优化了计算方法,最后给出了计算实例;计算表明,计算公式正确,计算方法合理可行。

基于橡胶沥青粘弹试验测定模型参数优化研究

为了准确分析水泥混凝土路面接缝填缝料的受力状态,基于粘弹试验测定了橡胶沥青填缝料的松弛蠕变曲线与松弛模量曲线,通过非线性拟合方法求得有限元软件ANSYS中用于描述粘弹类材料粘弹性质的广义Maxwell模型和Prony级数的两种表达方式所需的参数。并结合粘弹性材料时温等效性质,回归了主曲线函数力学参数,为建立接缝有限元动态分析模型,研究移动荷载与温度荷载作用下此类型水泥路面接缝填缝料的粘弹性力学响应分析提供了方法和基础。

机械手与粘弹性物体碰撞的模型

当机器人与它们工作环境中的物体接触时会出现不稳定性。本文提出了末端作用器与物体相碰时各种不同动态模型,同时研究了冲击力的影响。末端作用器与之接触的物体可以用不同的粘弹性模型来表示。这里冲击力是用“修改赫兹型”和“修改指数函数型”碰撞模型来计算的。为了简化分析,分析中用的机械手是在一个平面上由两个转动关节和硬连杆组成的。通过研究提供了碰撞和物体的粘弹性模型,模型主要依赖于接触的几何形状和互相接触物体的表面材料,模型提供了接触中力和运动的关系,这些关系可用于模拟和控制。

环境条件下沥青路面热粘弹性温度应力计算

利用热粘弹性力学理论和有限元方法 ,以广义Maxwell模型模拟沥青混合料的粘弹特性 ,通过试验研究和理论推导得到其增量型热粘弹性本构关系 ,建立了环境条件下沥青路面的温度应力场有限元计算方法 .

经验应力松弛模量与Maxwell模量的转换计算方法

基于MATLAB软件,利用单纯形法搜索最小误差范数,提出了一种针对粘弹材料的经验松弛函数KohlrauschWilliamWatts(KWW)方程与Maxwell模量转换的计算方法,实现了对粘弹材料的广义Maxwell模型的拟合。并以1050℃的粘弹光纤玻璃为例,给出了一组计算实例。

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。

含纤维高粘沥青砂粘弹性特性的研究

为了研究含纤维高粘沥青砂的粘弹性特性,对含有木质素纤维和玄武岩纤维的两种高粘沥青砂试件在不同温度下进行小梁弯曲蠕变试验。分析和比较蠕变挠度曲线和劲度模量曲线得到加入玄武岩纤维的沥青砂性能更加稳定;利用时温等效理论得到松弛模量主曲线,使用origin8软件进行拟合,标定出广义的Maxwell模型的Prony级数形式的参数,相关系数达到0.98。拟合效果良好,可为数值模拟提供参数,从而能为工程实践提供参考依据。

硅橡胶基磁流变弹性体动态力学性能试验与本构建模

建立了一种形式简单但物理意义明确的参数化本构模型,并利用该模型推导出了磁流变弹性体的动态力学模量表达式。同时,考虑到当磁流变弹性体在进行剪切力学性能测试或应用到减振装置中时,均会受到一定的压应力,故对基于耦合场的颗粒链模型进行了改进。为了验证整体模型的正确性,制备了5组不同体积分数的硅橡胶基磁流变弹性体样品,利用MCR51流变仪对该样品进行了频率与磁场扫描下的动态力学性能测试。结果表明,建立的模型与实验数据吻合较好,即说明该模型能较好地描述磁流变弹性体的动态模量与频率及磁场的变化关系。

数值分析中粘弹材料剪切模量松弛函数的拟合方法

粘弹材料在进行有限元分析时,应先将经验或实验获得的剪切模量松弛函数拟合为相应的粘弹物理模型。文中针对粘弹材料的经验剪切模量松弛函数KohlrauschWilliamWatts(KWW)方程,基于Matlab软件,利用线性方程组插值求解法,实现对粘弹材料的广义Maxwell模型拟合,得出用于粘弹有限元分析的Maxwell模型参数的计算方法。并以1050℃的粘弹光纤玻璃为例,给出一组计算实例。

流变荷载试验曲线的模型识别及其应用

基于粘弹性理论,建立了流变荷载试验的Maxwell、广义Kelvin和Burgers3种流变模型的位移反演模式,并给出了根据现场试验流变曲线进行流变模型识别的简便方法。分析了岩体流变荷载试验曲线,给出了能反映试验区域内岩体变形规律的最佳流变模型,反演获得了试验区域内岩体的瞬时弹性模量、长期弹性模量、粘弹性模量和粘弹性系数。结果表明,描述试验点岩体在不同荷载级别情况下的最佳流变模型均为广义Kelvin模型,但其弹性模量有所差异,其量值范围为4194～5235MPa,平均弹性模量为4900.316MPa;平均长期弹性模量为3081.65MPa。计算表明所建立的反演公式是正确的,模型及参数识别过程简便、实用。

电流变液剪切应力模型的讨论

基于MAXWELL模型,利用一简单的机械阻尼模型来表示电流变液的粘塑性特点,并提出了一种新的本构关系的描述。经与实验结果相对比,表明此本构关系可以较好的描述电流变液剪切力随电场强度变化的关系。

果品挤压时的接触应力分析

采用粘弹性体Maxwell模型,利用接触理论和有限元程序对果品挤压接触进行了理论分析和计算,总结出一些规律。这对果品在收获、贮运等过程中分析由于接触引起的机械损伤有着一定的意义。

阻尼复合板的结构参数配置与传声损失

本文根据无限大弹性体和粘弹性体的波传递理论，给出了适合于任意层弹性－粘弹性阻尼复合板传声损失计算的传递矩阵法；应用传递矩阵法对不同结构特征的阻尼复合板传声损失（ＴＬ）进行了变参数数值计算，系统地分析了分层材料的参数配置对隔声吻合频率及吻合频率处传声损失的影响规律，得到了与阻尼复合板隔声设计有关的重要结论．