DD3单晶的Hill屈服准则应用研究

将Hill屈服准则用于DD3单晶不同温度不同取向的屈服应力预测,结果表明:Hill屈服准则中材料参数的选择对计算结果有很大的影响,且不能同时准确预测单晶三个主要承载方向的屈服强度。根据单晶材料的屈服特点,考虑到单晶材料在任意方向上剪应力及其相互作用对屈服强度的影响,通过在Hill屈服函数中加入一修正项建立了适用于单晶的新屈服函数,能对晶体取向为[001],[011]和[111]的屈服强度进行非常准确的预测,在其它方向上结果也比较满意。

正交异性材料在R.Hill屈服准则下平面应力问题的特征场(h>2)

大多数金属材料在承载时产生了各向异性强化的特点,因此,对这一类材料特性的深入研究显得十分必要,正确建立及分析理论模型将对在实际工程中的应用提供很好的理论依据。本文在R.Hill屈服准则下提出了无量纲化的解析应力解,讨论了屈服参数2>h时,正交异性材料平面应力问题的应力场及应力特征场,利用应力微分平衡方程得到了决定特征曲线特征的参数。结果说明特征线一般互不正交。特别地分析了平头冲压边界附近的情况,得到了各应力状态不同区域的应力特征场,应用数值分析的方法对过渡区进行了计算。

Hill’48各向异性屈服准则的外凸性深入分析

针对Hill’48二次屈服准则进行外凸性分析,提出了平面应力条件下判定Hill’48屈服准则外凸性的表达式,并基于此提出了4种参数求解方法下的外凸性条件,结果表明,常用的Hill’48屈服准则及其数学表达式并不能保证绝对外凸。基于有限元方法和外凸性条件讨论了材料非凸失效的两种情况。针对AA2090-T3铝合金和DP600两种材料,分析了4种求解方法下的屈服轨迹及其外凸性。结果表明,不同求解方法下的Hill’48外凸性条件各不相同;不同材料的外凸性条件也有明显差别;4参数求解方法得到的屈服轨迹与应力求解方法所得轨迹十分接近,5参数求解方法得到的屈服轨迹与应力或变形求解方法得到的屈服轨迹差别较大。

基于ANSYS的木梁有限元静力弹塑性分析

采用大型有限元软件ANSYS10.0对单调竖向荷载作用下木梁进行了线弹性和弹塑性计算分析。并将有限元计算结果与材料力学计算结果进行了对比,验证了建模的正确性。分析了木梁的应力和应变变化规律,为进一步采用ANSYS软件分析木柱、梁-土坯组合墙体的抗震性能奠定了基础。

基于ANSYS的木框架有限元静力弹塑性分析

采用大型有限元软件ANSYS10.0对单调水平荷载作用下一榀门式木框架及其各种加固方案进行了静力弹塑性计算分析。通过各种加固方式屈服荷载、极限荷载大小的比较以及相对于未加固木框架提高程度的比较,从中得出了对门式木框架加固的最佳方案,为木柱、梁-土坯组合墙体的抗震加固提供方案。

高层复合墙板结构体系地震反应分析

为把混凝土灌芯纤维增强石膏板应用到高层结构中,选定了墙板厚度类型,并采用材料力学的方法把其简化为正交各项异性板,获得其等效弹性常数,引用Hill屈服准则来建立其本构关系.采用振型分解反应谱法和时程分析法对基于此板型的复合墙板结构体系的高层结构进行弹性和弹塑性分析,计算表明此结构具有足够的刚度和抗侧移能力.并将复合墙板结构与钢筋混凝土剪力墙结构的动力反应特性进行了比较,结果表明复合墙板结构具有优于钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能.

金属薄膜弹簧揿压特性仿真研究

随着移动通讯和家电的普及 ,轻触式按键 (Lighttouchswitches)得到广泛的运用。其中关键部件金属薄膜弹簧(Metaldiaphragms)是由高强度极薄金属板冲压制成 ,对其成形特性和工作特性进行仿真研究 ,可以为优化模具设计、预测产品的疲劳寿命提供依据。本文首先介绍金属薄膜弹簧成形仿真建模的原则。其次 ,以大变形、小应变弹塑性有限元理论为基础 ,在单向拉伸试验的基础上 ,给出极薄板各向异性指数的计算公式 ,并采用Hill屈服准则和静力隐式法对金属薄膜弹簧成形进行建模 ,对成形过程和揿压特性进行仿真研究 ,预测了冲压成形后的几何形状和揿压过程中的力感特性曲线。最后 ,比较了仿真结果和试验结果 ,二者较为符合 ,验证了建模的正确性。

木构架的弹塑性有限元分析

采用通用有限元分析软件ANSYS10.0对一种木构架及其7种加固方案进行了静力弹塑性分析,将木梁的有限元计算结果与其材料力学的计算结果进行对比,验证了建模的正确性。分析了木梁的应力、应变的变化规律。对木构架通过加固方式之后的屈服荷载、极限荷载进行分析比较,结果表明,对木构架施加隅撑可以显著提高其抗侧承载力。文中同时提出了对木构架进行加固的方案。

木框架有限元静力弹塑性分析

采用大型有限元软件ANSYS10.0对单调水平荷载作用下一榀门式木框架及其各种加固方案进行了静力弹塑性计算分析.通过各种加固方式下屈服荷载、极限荷载大小的比较以及相对于未加固木框架提高程度的比较,从中提出了对门式木框架加固的最佳方案,从而为木柱梁-土坯组合墙体的抗震加固方案奠定了基础.

立方晶系多晶体细观应力有限元分析

为研究多晶体宏细观力学响应,针对立方晶系单晶体提出形式与Hill屈服准则相关联的形状改变比能;以此为屈服考察量,建立适用于立方晶系的单参数Hill屈服准则;用MSCMarc对立方晶系多晶体进行细观应力有限元分析.α-Fe多晶体样本单向拉伸有限元分析表明:多晶体的拉伸应力在细观尺度下分布不再均匀;多晶体3个样本的最大细观拉伸应力与最小细观拉伸应力的比值,在弹性状态下的平均值为2.1,在塑性强化阶段处于1.15～1.28之间.

车用结构胶弹塑性本构方程的试验与仿真研究

通过胶条拉伸试验和厚粘附体胶接接头剪切试验,得到车用结构胶拉伸与剪切的应力-应变曲线和基本力学性能参数。根据塑性增量理论和采用的Hill屈服准则,建立了车用结构胶的弹塑性本构方程,得到ANSYS仿真的验证。研究的结果表明,采用ANSYS提供的BISO+Hill材料模型能准确地模拟车用结构胶的力学性能。

灌芯混凝土石膏墙板的简化计算模型

为更好地解决灌芯混凝土石膏墙板结构体系的受力计算,本文将灌芯混凝土石膏板简化为正交各向异性板,通过复合材料力学建立了代表性体积单元(RVE)模型并将钢筋的影响考虑其内,提出了一种更适用于有限元分析的简化计算模型,并在计算中引入了广义Hill屈服准则。通过对六孔满灌混凝土石膏墙板模型试验结果及实体有限元计算结果进行对比分析,验证了RVE简化计算模型的可行性与优越性。

立方晶粒正交板材的拉深制耳分析

正交弱各向异性金属板材拉深过程中,一块半径为Rb的对称圆板,放在半径为ra(ra<Rb)的冲模上,在冲头作用下,形成一个柱状杯子,由于材料的各向异性,使杯沿上出现"耳朵".假设板材为刚塑性材料并服从Hill屈服准则,推得拉深过程中,反应制耳的变量拉伸率ν=Rb/ra与Hill屈服准则系数之间的关系式和弱织构正交板材冲深过程中杯高的理论表达式(含织构系数).通过3种试样的算例得出,改变板材的织构系数,改变制耳的大小,最终达到消除制耳.

镍基单晶板非晶轴方向复合型裂纹尖端塑性区

裂纹尖端塑性区对研究裂纹开裂扩展具有重要意义。通过对Hill屈服准则进行修正,给出一考虑拉剪应力耦合的修正Hill屈服准则。应用修正Hill屈服准则对镍基单晶合金板中、非晶轴方向Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹尖端的塑性区进行了分析。在平面应力和平面应变状态下,得到Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹尖端塑性区的解析解。讨论了拉剪应力耦合、应力比及裂纹面与材料晶轴间夹角对裂尖塑性区的影响。结果表明,考虑拉剪应力耦合时的裂纹尖端塑性区比不考虑拉剪耦合时的小,拉剪应力耦合对平面应力状态下的裂尖塑性区影响比对平面应变状态下的影响大。无论是平面应力状态还是平面应变状态,Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹应力比对裂纹尖端塑性区形状均不产生明显影响,但对塑性区范围的影响较大。裂纹面与材料晶轴间的夹角对裂尖塑性区的形状影响较大。

钛板的张力冷轧研究

针对钛板在无张力条件下冷轧效率低下的问题,首先结合钛材力学性能各向异性的特点,以Hill异性屈服准则为基础,推导出钛板在张力冷轧下的应力状态方程,从而在理论上阐明,钛板在张力条件下进行冷轧的可行性主要取决于其塑性变形条件及其所处的应力状态.然后在实验室的四辊可逆冷轧实验机上对钛板进行了张力冷轧实验研究.实验结果表明,钛板在适当的张力作用下冷轧,能够在保证良好板形的前提下实现单道次大压下量轧制,极大地提高了轧制效率.

基于单向拉伸仿真对各向异性薄板本构修正的研究

金属板料拉伸直至断裂的全程本构关系或真应力-塑性应变曲线对成形仿真具有重要的意义,由于传统单向拉伸试验获取的真应力-塑性应变曲线在颈缩后失真,所以对成形仿真具有不真实性。本文利用试验-有限元辅助方法,在ABAQUS中合理简化构建模型,基于DC04单向拉伸试验的真应力-塑性应变本构,引入Hill48各向异性屈服准则,采用动力显示算法对DC04进行准静态单向拉伸仿真,分析了准静态的合理性,两次迭代修正后的载荷-位移曲线与试验结果吻合,最终得到合理的DC04真应力-塑性应变本构,另对比分析了Mises屈服准则下的仿真结果,结果显示Hill48屈服准则符合性更好。

正交各向异性材料塑性极限与安定的下限分析

正交各向异性材料的塑性极限及安定计算仍处于研究及应用的初级阶段。该文将Hill屈服准则引入到塑性分析的Melan定理之中，结合有限元离散技术和非线性大规模优化算法，将下限分析列式转换为圆锥二次优化问题，对转换后的数学问题进行数值求解。所建立的计算平台及流程可以较高效地求解多种正交各向异性材料组成的复杂三维结构的塑性极限及安定载荷域，且完成了多个算例的计算。计算结果对比验证了该方法的正确性，同时也展现了该方法的普适性和较高的计算效率。该研究扩展了塑性极限及安定理论的应用范围，为含各向异性复合材料的结构工程设计及安全校核提供了可行的计算分析方法。

定向结晶涡轮叶片低循环寿命分析及结构优化

为保证涡轮叶片的安全性,需要对叶片进行强度分析及寿命预测。以某定向结晶涡轮冷却叶片为例,首先采用三维流热固耦合方法获得叶片温度场分布,然后基于Hill屈服准则,对叶片进行热弹塑性应力应变分析,最后采用带平均应力修正的Morrow公式得到叶片低循环疲劳寿命,并基于计算结果,对局部区域进行结构优化。结果表明:叶身与平台转接圆角吸力面前段(区域1)和吸力面尾缘段(区域2)温度高且应力大,将其作为考核点,两处区域低循环寿命分别为15669和2349。根据工程设计经验,对区域2提出了两种优化方案,其中大圆角设计(R=10)使该点等效应力降低9.9%,低循环疲劳寿命增加157.5%。