基于粘弹本构模型的注射成型充填过程模拟研究

为反映聚合物粘弹属性对注塑产品质量的影响,基于粘弹本构模型,对三维薄壁制件的注射成型充填过程进行了数值模拟研究。针对三维薄壁件,经合理简化假设,建立了其充填成型过程的数学模型,采用不可压缩Leonov粘弹本构模型。采用有限元/有限差分法来求解压力场和温度场,采用控制体积法来实现前沿界面跟踪,采用4阶龙格-库塔方法求解弹性应变张量。以一薄壁圆盘为例,对其注射充填过程中的充填时间及压力、剪切应力和第一法向应力差分布进行了数值模拟。模拟结果与前人的实验结果吻合较好,说明了本文建立的模型和数值方法的有效性及可靠性。

考虑初始缺陷的HTPB推进剂粘超弹本构模型

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂存在初始缺陷对其宏观力学性能的影响,对定制的不同界面缺陷含量的HTPB推进剂开展了多步松弛和单轴拉伸试验。获得了HTPB推进剂的平衡响应曲线和拉伸曲线。采用Ogden模型拟合了不含缺陷的HTPB推进剂的平衡响应曲线,引入应变率参数M来描述HTPB推进剂单轴拉伸曲线的率相关特性。通过该曲线拟合,得到了不含缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型参数。考虑了缺陷的影响,通过引入初始缺陷损伤因子f,构建了含初始界面缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型,分步拟合得到了所有模型参数。最后,用本研究所建模型预测了单轴拉伸载荷下的HTPB推进剂的宏观力学性能,结果表明,预测结果与试验结果一致,二者最大偏差仅为4.4%,验证了模型的可靠性。

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。

EPDM包覆层热解状态下的力学行为及本构模型

为了准确描述固体火箭发动机三元乙丙(EPDM)包覆层在不同热解状态下的力学特性,通过热重分析的方法得到EPDM的热解温度范围,并采用准静态单轴拉伸实验的方法获得EPDM在不同热解温度下的应力-应变曲线。以Ogden(n=2)模型为基础,分别对不同热解状态下的力学曲线进行建模,并通过对实验数据的拟合获得模型参数。结果表明,在初始热解状态下,材料只发生了少量的失水和气体的逃逸,其力学行为可通过粘超弹本构模型进行描述;随着材料热解程度增加,基体材料和填充纤维均遭到破坏,其力学行为表现为超弹脆性材料特性。

沥青砂粘弹塑本构模型及其验证

将Burgers模型与粘塑性模型串联,得到能描述沥青砂3个蠕变阶段的粘弹塑本构模型。开展了40℃,不同应力水平下沥青砂单轴蠕变实验,通过非线性拟合确定了模型中材料参数。利用模型预测了沥青砂蠕变变形和应变率变化,并与实验结果和Burgers模型预测结果进行了比较。结果表明,该模型不仅能描述沥青砂蠕变过程的前2个阶段变形,而且能反映第3阶段的加速蠕变特征,且预测结果与实验相当吻合。

NEPE推进剂动态力学性能研究

通过改进的分离式霍普金森装置,获得NEPE推进剂在高应变率下的力学曲线。结合超弹性和粘弹性理论,建立一种适合于描述不可压弹性体材料在高应变率有限变形下力学特性的积分型粘超弹本构模型。该模型由两部分组成:基于应变能函数的超弹部分及与应变率和松弛时间函数相关的积分型粘弹部分。其中,超弹部分描述材料在静态下力学特性,粘弹部分则主要用于表征材料动态响应。结合试验曲线获得模型中本构参数,并通过试验数据和模型预测结果对比证明,该模型可较好描述NEPE推进剂高应变率下45%工程应变量范围内的力学特性。

应变控制的热机械疲劳行为的数值模拟

根据高温合金材料的力学性能 ,以弹粘塑性本构模型为基础 ,用数值模拟方法研究材料的热机械疲劳循环特性 .模型将应变分为弹性应变、温度应变和粘塑性应变三部分 ,认为材料在高温循环载荷下呈现明显的弹粘塑性特征 .根据虚位移原理建立轴对称体的弹粘塑性计算有限元格式 .对于循环机械载荷和循环温度载荷 ,程序中采用了增量法迭代求解 ,在非线性项中不仅考虑了机械载荷增量的影响 ,同时也考虑了温度增量的影响 .根据应变控制热机械疲劳的特点 ,发展了应变增量法的有限元计算方法 .通过数值模拟 ,得到材料在各种循环载荷下的应力 应变响应 .数值模拟较好地反映了粘塑性变形过程以及温度变化的效应 .所描述的不可逆系统在某一时刻的状态完全由当时的状态参数、内变量、承载时间及塑性应变累积量决定 .

沥青路面永久变形的非线性本构模型研究

为了合理地预估沥青路面的车辙,建立了一个新的非线性粘弹-弹塑性本构模型.此模型是由广义的Maxwell模型串联一个弹塑性模型而组成.然后,从蠕变的角度详细推导了广义的Maxwell模型的线性和非线性的粘弹性本构方程.采用非线性有限元法对4种沥青混合料的车辙深度进行了计算,并与SHRP的有限元结果以及SWK/UN的实验结果进行了比较,说明所建立的非线性粘弹-弹塑性本构模型是有效的.此模型可以体现沥青混凝土材料的非线性弹性、塑性、粘弹性、非线性粘弹性对沥青路面车辙的影响,较为全面地反映沥青路面永久变形的特性.

LY12超塑性成形有限元分析

基于LY12铝合金超塑性材料属性建立了弹-粘塑性本构模型。利用该本构模型并结合最大等效应变速率控制压力变化算法对LY12铝合金板超塑性圆杯成形进行数值模拟,得到圆杯变形过程中的应力应变分布、板料厚度变化及所需成形时间。根据模拟获得的优化压力时间曲线对圆杯进行超塑性气压胀形加载实验,制件厚度分布与模拟结果非常接近。

殷建华教授在意大利都灵荣获国际岩土力学计算方法与进展协会2005年度杰出贡献奖

2005年6月19～24日，第11届国际岩土力学计算方法与进展协会国际会议（11th Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomeclaanics—IACMAG）在意大利历史名城都灵（Turin）隆重召开，香港理工大学土木与结构工程系殷建华教授荣获“国际岩土力学计算方法与进展协会”（IACMAG）2005年度地区杰出贡献奖。