非线性本构关系下两端固定多孔梁的大挠度弯曲变形

本文以经典梁理论和非线性本构关系为基础,研究了两端固定多孔梁在不同的孔隙分布类型下受到外部均匀荷载作用的大挠度弯曲问题。首先设多孔梁的弹性模量与应变是线性函数关系,对非线性本构关系下多孔梁弯曲问题的基本方程进行了推导。采用打靶法计算出该边界条件下的多孔梁弯曲问题的数值解,分析非线性本构参数、载荷、孔隙率、孔隙分布类型对弯曲变形行为的影响。

基于非线性本构关系的软管编织增强层等效刚度修正方法研究

基于Hachemi提出的金属编织层本构理论以及拉伸实验的研究方法,进行了不同尺寸金属编织软管的拉伸实验.发现金属编织层在拉伸时会出现强烈的结构非线性,而该理论不能在非线性段与实验结果相吻合.提出了对理论中编织层刚度矩阵修正方法,将金属纤维间交叠产生的接触等效地转化为"修正基体",独立于金属纤维自身产生的刚度.同时,结合编织角在实验中呈现的变化趋势,提出管状金属编织层在等位移拉伸荷载下编织角呈线性变化的假设.这与Hachemi的假设恰好相反.Hachemi认为编织层受拉时,编织角减小到一定程度则会发生锁定现象.而实验证明了编织角并不会发生锁定.且直到编织层破坏为止,编织角变化的趋势基本呈线性.还提出了修正编织角变化的加速系数k,通过金属纤维间的侧向接触解释了实验与数值仿真结果中,力位移曲线与编织角变化曲线不能同时吻合的力学机理.

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型(Ⅰ)——基于双线性本构关系

利用软钢的双线性本构关系,依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先,导出了单调加载下钢板阻尼器的力与位移关系及其渐近曲线;其次,对于软钢材料本构关系分别考虑在理想弹塑性和双线性强化模型基础上,推导建立了钢板阻尼器的阻尼力模型;最后,将钢板阻尼器的阻尼力模型及其参数与试验结果进行了比较,验证了理论模型的有效性,并分析了误差存在的原因。

基于能量守恒的HTPB推进剂非线性本构关系

为描述HTPB推进剂中增强粒子的脱湿引起本构关系非线性响应行为,建立了由粒子、空泡与基体组成的三相物理模型,给出了在单向拉伸载荷作用下确定本构关系的算法。依据热力学能量守恒定律,确定了临界脱湿应变方程。利用细观力学Mori-Tanaka方法,确定了临界应变方程需要的宏观有效模量。针对增强粒子满足对数正态分布的HTPB推进剂进行了数值模拟。结果表明,HT PB本构关系由两个阶段组成,初始的线弹性阶段与开始发生脱湿后的非线性阶段。体积膨胀应变随空泡体积分数的增大而增大,而宏观有效模量随空泡体积分数的增大而减小。针对一般复合固体推进剂,该本构关系的形式较为简单,适合应用于工程中。

简单拉伸下高聚物粘结炸药的非线性本构关系

根据两种高聚物粘结炸药在不同温度 (- 10～ 4 5℃ )和应变率 (10 - 6～ 10 - 4 s- 1 )下的准静态拉伸实验结果 ,建立了考虑温度和应变率效应的非线性本构关系。理论预测与实验结果吻合 ,为这类材料的力学性能分析提供了依据。

密度变化时金属橡胶材料的非线性本构关系

以多孔材料理论为基础,干摩擦非线性理论为依据,并结合小曲梁模型建立金属橡胶材料的非线性本构关系,对空心圆柱形金属橡胶材料的静态试验结果进行拟合,得到非线性本构关系模型中的各项系数与密度的变化关系式,从而实现对该材料在密度发生变化情况下的本构关系的预估。

高孔隙度泡沫塑料的一种近似非线性本构关系

根据高孔隙度泡沫塑料杨氏模量满足平方律关系的理论和实验结果，并通过对泡沫塑料泊松比的合理近似，在假设基体材料服从幂律本构关系的基础上，研究了高孔隙度泡沫塑料的非线性本构行为，得到了用于确定非线性本构关系的应变势函数，给出了描述高孔隙度泡沫塑料非线性力学行为的一种有效、合理的本构关系的形式。此外，由此得到的泡沫塑料屈服应力与前人按照量纲分析方法得到的低密度闭孔泡沫塑料的结果相一致。

沸石分子筛单晶体弹塑性双线性本构关系的实验研究与有限元确定

为研究两种沸石分子筛方钠石SOD和镁碱沸石FER的力学性能,采用纳米压痕技术,测得随载荷连续变化的位移,得到载荷-位移曲线图.根据Olive算法,利用接触刚度连续测量技术,得到这两种沸石分子筛的硬度及弹性模量.基于弹塑性双线性本构关系假定,用ANSYS有限元程序模拟纳米压痕实验过程,利用搜索法得到沸石大单晶SOD和FER的双线性本构关系.

镁碱沸石FER单晶弹塑性双线性本构关系的实验研究与有限元确定

为研究镁碱沸石大单晶FER的力学性能,采用纳米压痕技术,测得随载荷连续变化的位移,得到载荷-位移曲线图。根据W.C.Olive算法,利用接触刚度连续测量(CSM)技术,得到FER沸石分子筛硬度及弹性模量。基于弹塑性双线性本构关系假定,用ANSYS有限元程序模拟纳米压痕试验过程,利用搜索法得到沸石大单晶FER的双线性本构关系。本文还讨论了摩擦、温度及压头尖端曲率半径对纳米压痕计算结果的影响。

基于非线性本构关系的有限元计算复合材料层合板的强度

复合材料的桥联模型本构理论考虑了基体材料的非线性特性。本文根据桥联模型理论编制出用户自定义材料库程序 ,与有限元软件ABAQUS实现接口 ,可以方便地分析计算复合材料层合板结构的非线性响应与极限强度问题。在有限元计算中荷载采用逐步加载的方式施加 ,最终得到复合材料层合板极限破坏时的内力包罗图和应力应变曲线。有限元模拟的结果与桥联模型解析解的结果吻合得很好 ,并且与实验结果相一致。

压电材料非线性本构关系及有限元实施

通过对试验结果的分析 ,提出经过简化的压电陶瓷PZT 4的非线性本构关系 ,建立相应的有限元计算方法 .以多重复合式压电材料启动器为例 ,计算电荷载作用下的电畴翻转、反向极化和反向电致屈服等非线性响应 ,从而对压电材料启动器的工作特性有所了解 ,并对它的破坏机理的研究提供一些启示 .

悬索式跨越架用纤维绳索非线性本构关系试验研究

悬索式跨越架在跨越电力线路施工中应用广泛,其承载索及封网绳多采用超高分子量聚乙烯纤维绳索和聚酯纤维绳索。由于进行悬索式跨越架动力学仿真计算纤维绳索所涉及的非线性本构关系尚无公开资料,各单位在进行仿真计算时采用弹性模量固定值来替代非线性应力—应变关系曲线,导致计算结果与实际情况不符。针对上述问题,对这两种常用规格的纤维绳索开展非线性本构关系试验研究,介绍了试验原理,提出了试验方法,获得了应力—应变曲线、弹性模量—载荷曲线。试验结果表明:两种纤维绳索弹性模量的最大峰值随着直径的增大而减小,与原有推荐的弹性模量经验值存在很大差异。

基于非线性耦合本构关系模型的尖化前缘气动加热影响研究

结合数值模拟与风洞试验技术,在高超声速连续/稀薄滑移流条件下对尖化前缘这一典型构型的气动加热影响开展深入研究.在三维有限体积框架下,应用非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)模型对试验工况下的尖化前缘外形开展数值计算,检验NCCR模型在尖化前缘构型中准确描述局部稀薄非平衡流动和物面气动热的性能.数值结果与实验数据对比表明,在等效高度33 km的风洞试验条件下,NCCR模型计算得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差为1.81%,Fay-Riddell公式和纳维−斯托克斯(Navier-Stokes,NS)方程得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差均在5%以内,物面其他位置的壁面热流系数计算值与实验值偏差均在10%以内,证明此时飞行器尖化前缘区域局部稀薄气体效应对气动加热影响程度较弱;在等效高度60 km时,飞行器尖化前缘区域附近的局部稀薄气体效应对气动加热的影响较为明显,NS方程计算的驻点热流系数偏差为33.31%,Fay-Riddell公式计算驻点热流系数同实验值偏差为29.5%,NCCR模型计算的驻点热流系数与实验值的偏差为11.77%.体现出NCCR模型求解稀薄非平衡流动的优势.

基于非线性本构的单壁碳纳米管的Euler-Bernoulli梁模型

在近期石墨烯的力学实验中,发现其在有限变形的条件下应力应变本构关系是非线性的。石墨烯卷曲形成碳纳米管,大管径单壁碳纳米管的应力应变关系,在理论上和石墨烯一致。在本研究中,基于石墨烯的非线性本构关系,建立了新的单壁碳纳米管的Euler-Bernoulli梁模型。之后对两端铰支的情况,使用Galerkin方法和多尺度法研究单壁碳纳米管在均布载荷作用下的静力弯曲和受迫振动问题。结果显示,在静力弯曲时,本构中的非线性项对碳纳米管起到了刚度软化的作用。在受迫振动时,本构中的非线性项改变了振幅分岔点的位置。因此本构中的非线性项对碳纳米管力学性质的显著影响不容忽视。

立方晶粒各向异性集合金属的非线性弹性本构关系

在Voigt模型下,Barsch(1968)和Johnson(1985)分别给出了立方晶粒各向同性集合和正交集合的非线性弹性本构关系.本文推导出基于Voigt模型的、比Barsch和Johnson结果更一般的、立方晶粒各向异性集合的非线性弹性本构关系,这里金属的各向异性通过织构系数来描述.

ZWT非线性热粘弹性本构关系的研究与应用

回顾和介绍了源于高分子材料非线性热粘弹性本构特性研究的ZWT（朱玉唐）本构模型。该模型揭示了高聚物在跨越准静态到冲击动态8个量级应变率范围和大应变下的本构非线性来自纯弹性响应而其率相关响应基本呈线性；发现准静响应和高应变率响应分别由各自的特征松弛时间控制，而各自的影响域仅为4．5个量级应变率；在同时考虑湿度效应后发展了非线性热粘弹性本构模型，并建立了相应的时间／速率与温度间的互换／等效关系；实验证实ZWT方程对热固性塑料、热塑性塑料和高聚物基复合材料都适用，并可推广到混凝土；在研究了材料内部损伤在冲击大变形下的率相关抽伤学化律后，进一步提出了计及损伤率型演化的ZWT方程和相应的双变量（应变、应变率）动态破坏准则；基于ZWT方程研究了粘弹性波的弥散和衰减特性，指出存在一个由高应变率松驰时间占统治地位的“有效传播时间”或“有效传播距离”；进而一方面提出了一个确定高聚物在高应变下粘弹性本构方程的反问题解法，另一方面把传统的SHPB弹性压杆技术推广到粘弹性压杆，从而可对低波阻抗材料进行冲击试验研究。

一个考虑损伤的非线性粘弹性本构关系

在已有非 线性粘弹性本构关系的基础上，运用连续介质损伤力学方法，得到了一个考虑损伤的非线性 粘弹性本构关系，并通过对在不同应变率条件下的单轴拉伸实验的理论研究，验证了考虑损 伤的非线性粘弹性本构关系更适合于对非线性粘弹性材料的力学行为进行描述的结论．

材料非线性粘弹性本构关系的神经网络模拟

对Green Rivlin非线性粘弹本构方程给出了用一个三层时延前馈神经网络表示的等价关系 ,从而利用该网络可以求解G R方程中的各阶核函数 ,并给出了根据有机玻璃的一组实验数据计算核函数的应用实例 .由此指出神经网络方法可广泛应用于材料本构关系的研究 .

非线性粘弹性材料的一个瞬时弹性本构关系

运用非线性粘弹性本构理论中的弹性回复对应原理 ,得到了一个简单的适用于非线性粘弹性材料的瞬时弹性本构关系 ,并结合实例分析 。

非线性粘弹性材料的一个瞬时弹性本构关系

运用非线性粘弹性本构理论中的弹性回复对应原理 ,得到了一个简单的适用于非线性粘弹性材料的瞬时弹性本构关系 .结合实例分析 ,验证了由该瞬时弹性本构所表征的非线性粘弹性本构关系能对非线性粘弹性材料的力学行为进行合理描述的结论 .