基于连续介质损伤力学的钛合金耐压球壳极限强度分析

本文在连续介质损伤力学理论框架下,以深海载人装备耐压球壳结构为研究对象,开展Bonora损伤模型适用性研究。首先,设计TA31钛合金加载卸载试验,依据试验结果,分析Bonora模型参数对材料应力应变响应的影响规律;随后,提出一种模型参数校准方法,依据试验数据确定TA31钛合金的模型参数;最后,将Bonora模型通过VUMAT子程序的形式嵌入到有限元软件中,开展钛合金球壳结构的极限强度分析,并与传统方法进行对比。研究结果表明,在耐压球壳极限强度分析中,引入Bonora模型可以准确模拟耐压球壳结构的失效模式和破坏压力。该模型在材料本构关系中考虑了屈服强度、抗拉强度以及最大塑性应变的影响,结构失效的物理意义更加明确,对材料性能的优化与提升具有指导意义。

基于连续介质损伤力学的坑蚀高强钢丝疲劳寿命预测

为了研究坑蚀高强钢丝疲劳寿命,通过6根无锈蚀钢丝疲劳试验标定了CDM模型参数,利用ABAQUS的二次开发平台UMAT编写钢丝材料本构程序,并且进行了坑蚀钢丝疲劳试验验证模型。结果表明,对不同蚀坑尺寸以及应力幅下的坑蚀高强钢丝疲劳寿命预测值与实验值误差在±20%以内。

基于连续介质损伤力学的高强度钢板热成形性数值预测

基于连续介质损伤力学模型,建立耦合损伤的热成形本构方程。将该本构方程引入到自主开发的金属成形有限元软件KMAS中,从而可对高强度钢板在热成形过程中的损伤演化及成形性能进行预测。本构方程中与温度及应变率相关的损伤参数控制着热成形过程中的损伤演化,对成形性数值预测具有重要的意义。为标定本构方程中的损伤参数,进行不同温度及应变率下的等温热拉伸试验,并对拉伸过程进行数值模拟,通过优化对比数值计算和试验所得的力-位移曲线,获得了不同温度及应变率下的损伤参数。随后将损伤参数引入KMAS中,对一款典型汽车B柱在热成形过程的成形性进行数值预测,并与试验结果进行对比,结果证明了所建立耦合损伤本构方程的正确性。

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.

本构关系对连续介质损伤力学基本方程适定性的影响——一维弹性损伤情况

许多工程材料当变形超过某一极限时由于损伤都会出现应变软化行为。首先从非局部理论出发 ,推导了应变梯度损伤本构方程 ;然后利用一阶拟线性偏微分方程组的特征理论 ,在一维弹性损伤情况下分析了两种不同的本构模型 ,即 Kachanov损伤本构方程与应变梯度损伤本构方程 ,对连续介质损伤力学基本方程适定性的影响。结果表明 ,当损伤发展时 ,与 Kachanov损伤本构模型相关的连续介质损伤力学的基本方程是不适定的 ;而与应变梯度损伤本构模型相关的 ,则无论损伤是否发展 ,其基本方程始终是适定的。

基于连续介质损伤力学的坑蚀钢筋高周疲劳寿命与损伤分析

以实测HRB400钢筋的疲劳损伤模型参数为基础,结合加速锈蚀钢筋蚀坑形貌和疲劳试验结果,通过二次开发在Abaqus平台上实现了坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测和损伤过程分析.结果表明:坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测结果与试验值吻合较好;坑蚀钢筋蚀坑处存在应力集中,疲劳损伤主要集中在蚀坑底部附近,疲劳前期和中期损伤发展缓慢,疲劳后期疲劳损伤迅速累积;坑蚀钢筋弹性模量随循环加载次数的增加而降低;坑蚀钢筋蚀坑底部的应力在疲劳后期迅速降至较低值,并向周边转移,应力重新分布.

连续介质损伤力学 Ⅰ.一般概念

连续介质损伤力学(CDM)自从Kachanov和Rabotnov的早期工作以来有了不断的发展。它为在宏观连续介质层次上考察材料和结构的各种损伤过程建立了一种有效手段。本文的第Ⅰ部分考察CDM的基本要点及现有能力,包括损伤的定义和测量,并把它纳入热力学一般框架中。本文的第Ⅱ部分将综述实际的损伤扩展方程。

基于连续介质损伤模型的复合材料连接件失效分析

对4种不同铺层顺序的复合材料销钉连接件进行了挤压试验,得到复合材料销钉连接件的挤压强度和弦向挤压刚度,分析了载荷方向偏角对失效模式、挤压强度和弦向挤压刚度的影响规律。基于连续介质损伤力学理论,建立了复合材料销钉连接件在挤压载荷下的三维非线性数值模型,其中,采用最大应变准则预测纤维损伤的萌生,损伤演化规律则采用双线性损伤本构关系。基于物理失效机制的Puck准则对基体损伤的起始进行判定,根据断裂面内的等效应变表征基体损伤的扩展。该模型还考虑了剪切非线性和就地强度效应对挤压强度和损伤扩展的影响。基于此模型分析了销钉连接件在挤压载荷下的失效模式、挤压强度和弦向挤压刚度。试验结果和计算结果较好吻合,验证了模型的准确性和适用性。

基于损伤力学的颈部椎间盘退化与寿命预测研究

目的在长期的循环载荷作用下,飞行员的椎间盘容易发生疲劳损伤,损伤的累积导致椎间盘退化,降低椎间盘的承载寿命,影响日常生活和飞行训练。然而目前缺少对长期振动载荷作用下椎间盘损伤退化及寿命预测的研究。本文基于连续介质损伤力学方法分析了飞行时长、振动频率、头盔重量及恢复训练对飞行员椎间盘疲劳损伤的影响。方法基于连续介质损伤力学的非线性损伤演化方程,在方程中考虑适用于人体组织自修复的恢复因子,使用椎间盘的体外疲劳实验数据和人体在正常步态过程中不同年龄段的椎间盘损伤数据对损伤演化模型进行参数标定和模型验证,得到了适用于人体椎间盘损伤演化和寿命预测的损伤演化方程。基于此方程,考虑飞行时长、振动频率、头盔重量和恢复锻炼等参数的作用,分析了各参数下飞行员颈部椎间盘的损伤演化历程,对椎间盘的寿命进行了预测。结果和结论考虑恢复因子的损伤演化方程能够用于人体椎间盘的损伤演化分析。结果显示,随着飞行时间的增加,椎间盘损伤退化的速度加快,椎间盘到达完全损伤的寿命缩短。频率及头盔重量的增加均会加快椎间盘的损伤速度。恢复因子的增加可促进椎间盘的损伤恢复,延长其发生退化的寿命。

基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析

建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的中等尺度复合材料层合板三维渐进损伤分析模型。模型中损伤材料本构方程采用对应于不同损伤模式的内部状态变量进行描述,材料失效准则采用三维HASHIN准则。分析了含孔复合材料层合板压缩试件,计算强度与试验数据的吻合表明该模型可用于预测含孔层合板的压缩强度,同时该模型可以预测层合板的失效模式以及损伤发生、扩展直至最终破坏的整个过程,并且该模型具有较好的计算收敛性。

节理型岩体损伤弹性的损伤力学算法

介绍了一种利用损伤力学方法计算具有均匀分布的节理型裂缝的块体的损伤弹性的方法 .损伤弹性矩阵的计算符合连续介质力学的对称、正定等一般原理 .将损伤弹性矩阵直接用于一般线弹性有限元的刚度矩阵便可对节理型块体用一般有限元方法进行力学分析 .

基于损伤力学的混凝土疲劳损伤模型

为了研究混疑土在疲劳荷载作用下力学性能不断劣化过程，从连续介质损伤力学的基本理论出发，根据混凝土的材料性能选定合理的耗散势函数，用残余应变来定义混凝土的损伤量，得到关于残余应变的损伤变量表达式；分析混凝土疲劳损伤的发展规律，选用合适的混凝土微塑性应变方程，推导混凝土在疲劳荷载下的损伤发展率，得得到关于残余应变的损伤变量表达式；

金属塑性损伤力学模型研究进展

针对金属塑性损伤力学模型进行综述,总结和介绍了连续介质损伤力学模型以及细观损伤力学模型各自的优缺点及应用范围,并简要概括了两种模型的区别。以韧性断裂准则为出发点,总结了包括Kachanov-Rabotnov模型、Bao-Wierzbicki模型以及GTN模型在内的各模型的发展历程,在此期间,应力三轴度和Lode角参数的引入对各模型的发展具有积极的推动作用。在显微观察及有限元仿真等技术的影响下,各模型得到了更加深入的研究。结果表明,连续介质损伤力学模型对微观塑性损伤的预测精度更高、应用范围更广,具有广阔的应用前景。

基于非线性连续介质损伤力学方法的微动疲劳寿命预测

微动损伤被称为"工业癌症",为了更加准确预测微动疲劳寿命,本文提出了一种基于多轴非线性连续介质损伤力学(NLCD)模型的微动疲劳寿命预测方法。该方法在Chaboche NLCD模型基础上,引入临界等效塑性应变幅对其进行改进,得到了适用于微动疲劳的NLCD改进模型,对桥式光滑试件和燕尾榫结构模拟件分别进行了微动疲劳寿命预测,与文献试验结果误差分散带在2倍因子之内,且预测裂纹萌生位置与试验吻合良好,验证了本文方法的有效性。

基于连续介质损伤力学的复合材料层合板低速冲击损伤模型

基于连续介质损伤力学(CDM)方法,建立了分析复合材料层合板低速冲击问题的三维数值模型。该模型考虑了层内损伤(纤维和基体损伤)、层间分层损伤和剪切非线性行为,采用最大应变失效准则预测纤维损伤的萌生,双线性损伤本构模型表征纤维损伤演化,基于物理失效机制的三维Puck准则判断基体损伤的起始,根据断裂面内等效应变建立混合模式下基体损伤扩展准则。横向基体拉伸强度和面内剪切强度采用基于断裂力学假设的就地强度(in-situ strength)。纤维和基体损伤本构关系中引入单元特征长度,有效降低模型对网格密度的依赖性。层间分层损伤情况由内聚力单元(cohesive element)预测,以二次应力准则为分层损伤的起始准则,B-K准则表征分层损伤演化。分别通过数值分析方法和试验研究方法对复合材料典型铺层层合板四级能量低速冲击下的冲击损伤和冲击响应规律进行分析,数值计算和试验测量的接触力-时间曲线、分层损伤的形状和面积较好吻合,表明该模型能够准确地预测层合板低速冲击损伤和冲击响应。

基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型

建立了一种基于连接介质损伤力学(CDM)的高温微动疲劳寿命预测模型用以分析航空发动机榫连接结构在不同温度下的微动疲劳寿命。该模型在现有的基于非线性疲劳损伤累积(NLCD)模型微动疲劳寿命预测模型的基础上,引入温度相关的损伤速率因子以考虑温度对榫连接结构微动疲劳行为的影响。以某型发动机钛合金TC11燕尾榫结构模拟件为研究对象开展不同温度下的微动疲劳寿命数值模拟预测研究,预测结果与试验结果相比在2倍误差范围以内,证明了此寿命预测模型的有效性。

弹性损伤的一般理论

依据不可逆热力学理论 ,未引入任何附加假设 ,建立了各向异性弹性损伤的一般理论 .从理论上论证了由应变等效假设导出的经典损伤本构方程的近似性 .首次阐明了材料损伤度的多种定义 (损伤的单标量、双标量、二阶张量与四阶张量描述 )之间的区别与联系 .使连续损伤力学的理论体系更臻严密和完整 .

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。

混凝土动力损伤本构关系的基础理论及应用

概括了建立混凝土动力损伤本构模型的基础理论,简述了应用这些基本理论在建立混凝土动损伤本构方面的应用,对相关研究的特点和不足做了分析,为进一步建立科学合理实用的混凝土动损伤本构提供较全面的理论总结和前瞻性启发,对相关理论的发展趋势做了展望,为这方面的工作提供指导.