基于Eshelby夹杂理论高温冻土累积塑性应变修正模型

针对不同黏粒含量的高温冻土,基于Eshelby夹杂理论分析了冰含量与等效变形模量之间的关系,在此基础上引入模量比对现有的Monismith累积塑性应变模型进行修正,得到了一种新的高温冻土累积塑性变形预测模型,并采用室内试验结果进行验证。结果显示:模型数据与试验数据具有较好的吻合度。新提出的修正Monismith累积塑性应变预测模型表征了冰含量与土体变形模量之间的关系,其可以较准确地模拟高温冻土整个动应变过程,并且能够反映组构变化所诱发的高温冻土累积变形特征的不同。

基于Eshelby等效夹杂理论的Terfenol-D复合材料磁致应变模型

基于Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法建立了Terfenol-D复合材料中合金颗粒平均应力、扰动应变和复合材料整体平均应变的计算模型,并利用此模型对Terfenol-D复合材料在不同制备工艺条件下的饱和磁致伸缩应变进行了计算.结果表明:Terfenol-D复合材料的饱和磁致伸缩应变随粘结剂含量的增加而呈线性下降,但粘结剂含量不能过少,合适的粘结剂含量应在2.5%～4.0%之间;随复合材料外加预压应力的增大,其饱和磁致伸缩应变增大;实验结果与模拟结果的数据曲线趋势一致.

非均质炸药的Eshelby夹杂理论相场方法

考虑到夹杂-基体界面微结构复杂失效过程对非均质PBX(高聚物黏结炸药)材料损伤起始具有主导作用,本文提出基于Eshelby夹杂理论的相场损伤模型,对非均质PBX炸药损伤形核演化进行数值模拟。相场能量由弹性能和夹杂-基体相互作用能构成,结合Mori-Tanaka方法推导不同级配下PBX炸药等效力学模量,相场内变量的变化直接反映了非线性脱黏效应下的损伤分布。采用Eshelby夹杂理论相场方法计算高模量比非均质PBX炸药圆形和多边形颗粒夹杂典型结构,分析加载条件、颗粒形状、体积占比、模型参数对夹杂-基体界面脱黏机制的影响。数值结果表明:夹杂-基体界面微结构演化加速了界面脱黏与宏观损伤的形成,与实验观测是一致的。

构造变形流变场分配多尺度数值模拟研究

流变场分配(flow field partitioning)现象在自然界高应变岩石中十分常见。传统的基于固体连续变形机制理论的变形分析中,流变场分配问题往往被忽略,致使应变带中流变场如何分配一直都缺乏深入认识。Eshelby阐述了嵌入均匀介质中的椭球体内流变场的数学方法,为探讨流变场的分配奠定了理论基础。本文从固体连续变形机制入手,重点介绍基于Eshelby理论的多尺度数值模拟思路和方法,探讨流变场分配问题。模拟结果表明:嵌入基质中的椭球体内分布的流变场主要取决于椭球体与基质间的相对流变强度,椭球体的相对流变强度越低,其变形越接近于简单剪切,且有限应变积累越快。模拟还揭示,不同流变强度的椭球体内模拟拉伸线理和面理产状的总体格局反映基质流变场特征。由此得到以下结论:(1)在流变场分配现象显著的区域,局部小尺度上应变、涡度测量分析结果无法直接揭示区域流变场运动学边界条件,对这些区域的构造变形分析必须是多尺度的;(2)基于Eshelby理论的以实质变形组构为约束的多尺度数值模拟分析,能更为合理地揭示高应变岩石中流变场的分配。

磁致伸缩复合材料性能的影响因素分析

首先由退磁场效应分析得到有效磁场强度与外磁场强度的关系,继而根据复合材料细观力学中的Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法导出了颗粒磁场伸缩应变与复合材料磁致伸缩应变的关系,结合Terfenol-D颗粒磁致应变及弹性模量与有效磁场强度的关系,最终预测了环氧基Terfenol-D复合材料磁致应变及有效弹性模量与外磁场强度的关系,并分析了颗粒含量、形状及基体弹模对复合材料饱和磁致伸缩系数及弹性模量的影响。结果表明,磁致伸缩复合材料的饱和磁致伸缩应变随颗粒含量、纵横比增大而增大,随基体弹模增大而减小;有效弹性模量随颗粒含量、颗粒纵横比、基体弹模的增大而增大;颗粒的纵横比越大、含量越大,复合材料的饱和磁场强度越小,磁致伸缩应变随磁场强度的变化越快;复合材料的有效弹性模量亦随磁场强度的增大而增大,其影响程度在颗粒体积含量和颗粒纵横比较大时尤为显著。

流变基质中刚性椭球夹杂的运动演化机制

流变场分配现象在自然界高应变岩石中十分常见。基于Eshelby细观力学理论,结合等效远场方法,建立黏性基质中有限体分比刚性椭球夹杂运动演化的细观力学模型,利用MATLAB程序数值研究流变场速度梯度条件下黏性基质中刚性夹杂的旋转路径,同时给出刚性夹杂的形态演化过程,揭示其运动演化机制。

I型裂纹与任意形状夹杂间的作用力

根据Eshelby等效夹杂理论,导出I型裂纹与任意形状夹杂相互作用力的近似表达式和一些特殊形状夹杂的简化算式.该解可快速算出I型裂纹与任意形状夹杂之间的作用力.由裂纹与夹杂间相互作用力的规律所揭示的复相材料中裂纹扩展特性、裂纹尖端材料的损伤机制和已有的实验观察相符.

氮化硅结合碳化硅砖的微观结构模型及热冲击载荷下裂纹起始行为

为了研究热冲击载荷下耐火陶瓷材料的微观失效机制,基于Eshelby等效夹杂理论和Voronoi网格,建立了存在不同数量级粒径的船用增压锅炉用氮化硅结合碳化硅砖的微观结构模型,验证了微观模型的准确性。在上述微观结构模型的基础上进行有限元和扩展有限元计算,得到其停炉最危险时刻的瞬态微观应力场和微裂纹萌生扩展规律,进而得到其热冲击失效的微观机制,较好解释了碳化硅耐火陶瓷的失效机制。

夹杂对I型裂纹应力强度因子影响的一般近似解

利用相变增韧理论和Eshelby等效夹杂方法,给出任意形状夹杂对I型裂纹应力强度因子影响的近似解析解.和有限元分析结果比较表明,由于引入远场应力对夹杂的作用,导出的近似解有较好的精度,适用于处理较大尺寸和具有任意形状的夹杂对I型裂纹应力强度因子的影响.

高温陶瓷氧化损伤及高温力学性能预报

ZrB2-SiC陶瓷材料在高温环境下发生氧化.介绍了复合材料在高温环境下氧化行为及复合材料组元变化规律;利用质量守恒方程及在固体区域内的体积守恒情况,推导出材料发生高温环境下各组分的体积分数随温度的变化规律;根据Eshelby等效夹杂理论,结合Arrhenius方程及细观力学理论研究了ZrB2-SiC陶瓷在高温环境下的氧化行为,预报了高温下复合材料的力学性能,给出了弹性模量与孔隙率随温度变化的规律.为进一步研究陶瓷材料高温环境下的力学行为提供依据.

裂隙介质的等效弹性模量

详细推导了弹性场的Eshelby椭球包体理论 ,在此基础上推导了裂隙等效弹性模量的一阶近似式 (Hudson公式 ) .目的有二 ,一是填补国内文献中有关该方面研究的空白 ;二是阐明有关公式的来龙去脉及物理意义 ,便于正确的应用 .