基于连续介质力学模型的部分埋入单桩的纵向振动研究

采用连续介质力学模型,考虑桩-土之间的连续条件和边界条件,得到了土体的纵向振动位移,建立了埋入和外露部分桩基的纵向振动微分方程.考虑埋入和外露部分桩基的连续条件和边界条件,求解了部分埋入单桩的纵向振动,并以数值算例的形式讨论了桩基埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度的影响.通过参数分析和讨论,表明部分埋入桩纵向简谐振动存在共振现象,桩基的埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度有较大影响,且桩基外露部分越长,桩顶复刚度随频率变化曲线波动越厉害.

复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3个方面.通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系.损伤起始由卜克(Puck)失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为.模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层)的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层.以[0_3/45/-45]_S和[45/0/-45/90]_(4S)两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.

复合材料与界面纳米结构热传导问题分子动力学与连续介质跨尺度耦合模型与算法

构一体化的热、力耦合多尺度模型与算法研究是力学、数学、物理学与材料科学多学科交叉的前沿领域,也是重大装备研发中需要着重解决的基础科学问题。材料与结构在裂纹、空洞、夹杂、纤维取向、基体分布形态等方面具有内在的不确定性,其损伤和破坏还表现为复杂的热力耦合非线性多尺度力学行为。尺度间隙和跨尺度连接,涉及微—细—宏观不同尺度间数学物理模型的联系与差别等基本问题,建立微/纳米尺度的热、力模型,揭示热、力耦合的物理机制,发展材料与结构一体化的宏—细—微观耦合的多尺度模型与算法,具有重要的理论与实际意义。结果表明:复合材料界面结构对于材料的力、热、电、磁等物理、力学性能有十分重要的影响。我们针对复合材料与界面纳米结构热传导问题,发展了一类分子动力学与连续模型跨尺度耦合模式、MD/FEM耦合算法,并编写了相关计算程序。主要进展有:(1)实现了纳米结构导热系数等热学参数的分子动力学计算和量子校正;(2)发展了复合材料和多孔材料周期及随机结构热传导问题连续模型的多尺度算法;(3)提出了一类分子动力学与连续模型的跨尺度关联模式和MD/FEM耦合算法;(4)实现了三维复合材料和界面纳米结构的MD/FEM计算。

一种简化的混凝土损伤本构模型及其应用

针对混凝土在不同应力状态下强化、损伤的各向异性发展及各向异性效果、体积和偏量变形间的耦合和损伤机理与破坏模式的差异等不可逆变形以及损伤的基本特征,提出了一种简化的损伤本构模型。它采用标量损伤变量以避免采用各向异性损伤张量造成的分析与计算上的困难,同时采用Lode参数ms描述不同应力状态及非比例加载史下材料的各向异性损伤与损伤的各向异性效果,发展了相应的算法。对三轴复杂加载史下混凝土的响应进行了分析,其结果与试验结果的比较显示了良好的一致性。

基于GTN和CDM的5754铝合金板材成形极限曲线和失效行为对比分析

为探究基于不同物理机制的损伤模型对材料可成形性预测的影响,分别采用Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)细观损伤模型和基于热力学的连续介质损伤力学(CDM)模型对5754铝合金板材的成形极限曲线和失效行为进行了对比分析。首先,建立了5754铝合金板材单向拉伸有限元模型,对照实验结果验证了GTN细观损伤模型和基于热力学的CDM模型在表征材料力学行为上的有效性。其次,开展了不同宽度尺寸板材试样的胀形有限元模拟,提取破坏位置的主应变和次应变,绘制5754铝合金板材的成形极限。结果表明,GTN细观损伤模型预测的成形极限曲线与实验数据吻合较好,但基于热力学的CDM模型不能准确地反映成形极限曲线中材料点拉-压力学特征与拉-拉力学特征之间的区别。最后,利用基于GTN和CDM的成形极限曲线预测5754铝合金在十字拉深成形过程中的损伤分布和失效行为,结果表明,两种基于不同机制的损伤模型都能够有效地预测5754铝合金的可成形性,预测结果与实验现象具有很好的一致性。

铁路框架地道桥受下穿隧道施工影响的研究

采用荷载结构模型及连续介质力学模型分别对铁路顶桥受下穿地铁区间隧道施工影响所产生的沉降及内力变化进行计算分析 ,并据此提出下穿框架式地道桥的地铁区间的设计及施工的有关技术要求。

计及表面效应的面心立方纳米板弹性性能分析

基于能量原理建立了面心立方纳米板的拟连续介质力学模型,分析了考虑表面原子弛豫影响的面心立方纳米板的弹性常数。该模型假设纳米板沿厚度方向是离散的,但沿面内方向是连续的。基于通过计算最相近原子对和次相近原子对之间的相互作用,获得了材料变形势能。给出了面心立方纳米板的弹性模量和泊松比的解析表达式,结果反映了表征表面效应的驰豫系数的影响。以金属铱为例,通过算例阐述了不同弛豫下弹性常数随厚度的变化,分析了纳米板的弹性模量和泊松比的尺寸效应。

基于三维CDM的复合材料开口层合板失效分析

建立了复合材料层合板三维连续介质损伤力学模型,并将该模型应用于复合材料开口层合板的损伤破坏分析中。与相关试验中开口层合板强度和损伤破坏情况对比分析表明:本文模型能够有效地模拟开口层合板从初始损伤到完全破坏的全过程,具有较高的计算精度和良好的数值模拟收敛性。基于该模型,详细分析了在单向拉伸载荷作用下开口层合板不同铺层的损伤破坏情况。

基于CDM的复合材料层合板插层补强强度分析

文章针对复合材料插层补强层合板损伤破坏问题,基于各向异性材料连续介质损伤力学方法,引入材料损伤状态变量对复合材料损伤情况进行描述,建立了复合材料插层补强三维非线性渐进损伤模型;利用该模型对复合材料插层补强层合板的损伤破坏进行了准确预测。重点对补强设计中插层材料铺层比例和补强半径两个设计参数进行了研究,得到了复合材料开口层合板理想的插层材料铺层比例及补强半径范围。

超超临界火电机组用铁素体系耐热钢持久性能的预测方法

为了介绍几种目前比较常用的超超临界火电机组用新型铁素体系耐热钢持久性能的预测方法,对已有文献资料进行归纳总结,分析各种预测方法的特点及局限性。分析结果表明:等温线外推法将会严重高估新型铁素体系耐热钢的持久性能,时间-温度参数法则仍然适用;由于9%～12%(质量分数)Cr系耐热钢在长期的服役过程中显微组织演变明显,应使用多区时间-温度参数法;连续介质损伤力学(continuum damage mechanics,CDM)模型中的各个参数都有具体的物理含义,有着更大的发展空间和良好的应用前景。

复合材料层合板自由边缘冲击失效机制

低速冲击复合材料层合板结构的自由边缘会严重威胁其安全性。本文对T700/YPH307复合材料层合板进行了边缘冲击试验与数值仿真研究。试验中通过目视检测、超声C扫描、电子显微观测及X-ray计算机断层扫描(CT)技术检测了层合板边缘冲击后的损伤状态,揭示了不同边缘冲击能量下,材料内部损伤的三维空间分布形貌。基于Mohr失效面理论,建立了一种考虑各向异性材料断裂面角度的连续介质损伤力学模型,同时结合内聚力模型综合表征了层合板边缘受低速冲击时层内纤维基体损伤与层间分层的起始、扩展和耦合细节。数值预测结果与试验值吻合较好,表明边缘冲击失效机制主要包括两种典型特征,即极限冲击力时形成冲头下方局部碎片楔及稳定波动阶段因楔入作用造成的外侧子层弯曲断裂。此外,边缘冲击能量越高,层合板内部损伤越严重,而铺层顺序对边缘冲击响应与损伤形貌影响相对有限。

基于CDM-CZM的复合材料补片补强参数分析

复合材料开口补强设计参数的确定对于结构设计具有重要的意义。针对复合材料层合板开口区补片补强结构,采用各向异性材料连续介质损伤力学模型(CDM)对复合材料层合板的损伤演化进行描述,采用粘聚区模型(CZM)对补片与母板间界面材料的分层损伤进行模拟,建立了复合材料开口区补片补强结构三维非线性渐进损伤模型,模型可预测补强结构强度和损伤演化过程。应用本文模型分析了补片铺层方式、补片厚度和补片半径3个主要设计参数对补强效果的影响,明确了补片与母板间界面材料分层损伤破坏是导致补强结构最终失效的主要原因。