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。

连续介质力学的类比思维教学法——黏弹性力学vs.广义热传导

类比是重要创新思维方式,能发挥类比思维教育价值,强化学生类比思维训练,有助于创新人才培养。本文以黏弹性力学和广义热传导教学模块为抓手,展现类比思维教学法在连续介质力学课程运用的设计案例。首先,基于力学弹性单元和黏性单元,采用串并联方法,推导黏弹性力学Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型。其次,给出广义热传导Cattaneo-Vernotte模型和Green-Naghdi模型,介绍Green-Naghdi模型热位移概念的起源。随后,通过类比方法引入热学“弹性”单元和“黏性”单元,运用串并联方法实现Cattaneo-Vernotte模型和Green-Naghdi模型的重构,澄清黏弹性力学和广义热传导各模型间的对应类比关系。最后,分析热学基本方程与力学基本方程的差异,指出:对研究对象间差异性的关注也是基于类比方法启发创新思维的重要手段。

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。

研究生连续介质力学课课程思政实施探索

研究生教育作为培养高素质创新人才的重要环节,在研究生专业课程中融入思政元素,有利于发挥专业课程的价值塑造和立德树人功能,以达到为国育人为党育才的目的。该文以连续介质力学课程为例,结合课程特点,探索力学专业研究生课程思政的实施路径,形成“多维度课程思政挖掘、多途径课程思政实施、多角度融合课程思政评价”的课程思政教学建设思路。通过引入科学家故事、工程案例研讨、科技前沿探究和热点事件等元素,并与课程知识紧密融合,促进课程思政与专业教学的互融互促、同向同行。实践证明,合理地实施课程思政教学有助于提高专业学习积极性,提升研究生培养质量。

理论力学研究性教学新探索:刚体运动基点法公式与连续介质速度场分解

基础力学课程体系是现代工程教育的重要基础。理论力学作为力学课程体系的起点,提供了力学基本概念和原理。一方面,以离散体系(质点/刚体)为研究对象的理论力学与以连续体系(介质/变形微元体)为对象的连续介质力学,它们之间既存在密切联系又差异明显;另一方面,源于理论/经典力学的动力系统理论和非线性科学研究对应用力学学科产生了广泛影响。围绕这两个侧面,作者将在《理论力学研究性教学新探索》系列教研论文中阐释它们之间的联系。本篇探讨刚体运动基点法公式和连续介质速度场分解之间的关系,它们分别给出刚体模型和连续介质模型的速度分布规律,前者依赖刚体转动角速度矢量,而后者由速度梯度张量所刻画。本文将说明,两者存在对应理论关系,且刚体基点法公式是连续介质速度场分解的退化形式,即忽略变形效应。

理论力学研究性教学新探索——变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理

本文探讨理论力学中变质量系统动力学与连续介质Reynolds输运定理的联系。Reynolds输运定理是连续介质(例如流体)质量/动量/能量输运规律的共同基础,因而具有基本的理论重要性。本文通过详细对比分析说明:在理论力学中,基于一般质点系模型的变质量系统动力学与连续介质力学的输运规律,本质上具有相同的理论框架和分析工具。如果在任意质点系模型的基础上引入质点空间连续分布的假设,则可以将变质量离散体系的力学结论拓展至连续介质的基本输运规律(包括质量/动量/能量)。

基于连续介质力学的泡沫混凝土应力-变形理论分析

为更好描述与表达泡沫混凝土的应力-变形关系,在连续介质力学中定义和分析笛卡儿张量,应用应力张量性质并采用与应力状态相关的方法分析泡沫混凝土的变形。理论分析表明:泡沫混凝土的平衡方程是在牛顿运动定律和柯西公式基础上推导得到;泡沫混凝土的平面应力状态满足的条件方程为σzz=σyy=σzx=0;泡沫混凝土的变形分析是通过物体内部任意两点间距离变化进行描述;泡沫混凝土考虑平面应变状态时,满足可积性条件,即协调方程。

军队院校“非线性连续介质力学”课程体系改革和建设

通过对目前“非线性连续介质力学”课程在军队院校研究生教学过程中存在问题的总结,结合作者与教学团队多年来的教学实践,以学员学习为中心、以提升学员能力素质为主线、以培养满足军队专业岗位需求的复合型人才为目标,提出了进行课程体系改革和建设的总体思路。以航空宇航科学与技术学科的博士研究生教学为例,从课程内容优化、课程设计和课程考核体系三个方面,阐述了多模式融合教学法的具体实践举措。

基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法研究

提出一种基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法,并将其应用于地质体渐进破坏过程的数值模拟研究。该方法以连续介质力学的基本理论为基础,以八节点正六面体单元为离散对象,根据有限元的形函数理论及正六面体单元刚度矩阵的具体表达式,将正六面体单元离散成为12根棱弹簧,并推导各弹簧的弹簧力计算公式,给出各弹簧的弹簧力分量的物理意义、对应的弹簧刚度及相关联的位移。在弹性部分的计算结果与传统的有限元计算结果一致的基础上,在弹簧中引入Mohr-Coulomb准则及拉伸破坏准则,进行弹簧破坏的判断。如果块体内的弹簧全部断裂,便将其视为散体。在判断破坏时采用双重判断模式,块体单元的判断主要用于选取弹簧潜在的破坏面,离散弹簧的判断用于计算弹簧上的真实弹簧力。最后,通过相关算例验证引入破坏准则后所得计算结果的合理性。块体单元离散弹簧法的实质是通过12根离散弹簧将单元转化为结构,因此可以通过分析各弹簧的断裂情况研究块体的内部破坏特征,更可以通过各弹簧的先后断裂过程来研究地质体的渐进破坏过程。

Cosserat连续介质的Mohr-Coulomb屈服准则及其应用

Cosserat连续介质下的应力、应变张量具有不对称性,经典连续介质的屈服准则无法直接用于 Cosserat连续介质. 将应变、应力张量分解为对称和反对称两部分,修正了经典连续介质下三个应力不变量的表达式,建立适用于Cosserat连续介质弹塑性有限元分析的Mohr Coulomb屈服准则,给出了 Cosserat连续介质下 von Mises、Tresca和Drucker Prager屈服准则的表达式. 自然边坡数值算例表明了修正 Mohr Coulomb屈服准则的有效性,验证了Cosserat连续介质理论通过引入材料特征长度可以解决经典连续介质理论分析应变局部化问题时遇到的网格敏感性问题.

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。

Gibson大变形固结理论的一种连续介质力学表述

为了克服Gibson大变形固结理论的一维局限性,提出了一个新的连续介质力学模型,其中,采用第2类Piola-Kirchhoff应力和Green应变分别替代Lagrange应力和孔隙比。该模型可以考虑土体压缩性和渗透性的非线性变化以及几何非线性,并具有易于推广到多维模型的优势。结合试验资料,探讨了新模型的固结系数和对流系数的变化规律,结果表明,对流系数随着应变增加而减小,反映了大变形固结过程中土体自重效应在不断减弱。

一种化学-力学耦合连续介质理论与数值格式

对化学驱动的连续介质化学-力学耦合系统进行研究,从热力学定律和化学势角度出发,推导了等温过程的化学-力学耦合本构关系和控制方程,利用变分方法建立了化学-力学耦合系统的能量泛函,得到化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和相应的有限元列式.结合算例,对连续介质的化学-力学耦合行为进行了数值计算,数值结果反映了化学与力学系统的相互耦合作用,即浓度变化能引起介质的变形,同样力学作用也能引起浓度重分布.从全新的角度建立了描述连续介质的化学-力学耦合行为的基本理论和数值方法,能够较好地反映一类连续介质的化学-力学耦合行为.

阶谱块体单元法及其在连续介质力学问题中的应用

介绍了阶谱块体单元法的基本概念和原理,比较了该方法与有限元法、数值流形方法的异同,并对其在连续介质力学问题中的应用进行了探讨。计算研究表明,经过简单的处理后,阶谱块体单元法可以应用于连续介质力学问题并得到与有限元法十分接近的结果。通过对形函数阶次、块体单元形状、块体单元网格密度、虚拟结构面的参数取值等问题的研究,得出了一些规律性的认识,据此提出了提高计算精度的措施和虚拟结构面参数建议取值范围。

Lagrange方程应用于连续介质力学

如何将Lagrange方程应用于连续介质力学,一直是学术界关注的理论课题。应用变导的概念和运算法则,研究Lagrange方程中的求导的性质,进而将Lagrange方程应用于线性弹性动力学和非线性弹性动力学,并且给出相应的算例。结果表明,借鉴变积分学来解决将Lagrange方程应用于连续介质力学的问题是可行的。

两相流体力学的一种新模型──连续介质—动力学混合模型

两相流体力学的一种新模型──连续介质—动力学混合模型吴小俊，袁亚雄，张小兵，杨均匀（南京理工大学动力工程学院南京２１００９４）关键词两相流，连续介质，动力学１引言Ｓｏｏ，Ｄｒｅｗ，Ｉｓｈｉｉ，Ｄｅｌｈｎｙｒｅ［‘－’］等先后提出了各种平均意义下的连续...

海洋浮游生态系统连续介质动力学模型的建立

运用质点、连续介质和状态变量等观点来描述海洋浮游生态系统，根据生物生命运动、生化反应、水动力学和物质守恒等基本规律，建立海洋浮游生态系统动力学的模型方程。推广地球流体力学的湍流二阶闭合理论，建立实用的雷诺平均生态系统动力学模型方程及其二阶相关项的闭合模型方程，将生态动力学状态变量的湍扩散参数化。本文还讨论了该模型与通常的N-P-Z-D模型的关系，提出了其适用范围。

连续介质分析动力学及其应用

综述了国内和国外学者研究连续介质分析动力学问题的进展,阐明了本文主要论述将Lagrange方程应用于连续介质动力学的问题.论文采用Lagrange-Hamilton体系,分别论述了非保守非线性弹性动力学、不可压缩黏性流体动力学、黏弹性动力学、热弹性动力学、刚–弹耦合动力学和刚–液耦合动力学的Lagrange方程及其应用.论述了应用Lagrange方程建立有限元计算模型的问题.最后,展望了将Lagrange方程应用于连续介质动力学问题的研究前景.

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.

论连续介质微观力学的经典理论

对连续介质微观力学中的几个主要经典理论和有效性能的界限进行了讨论.采用夹杂基体模量对比度不同的 两成分颗粒增强(或增韧)复合材料的例子阐明了经典理论的应用范围,得到了一些重要的结论.