基于车身变形的Ishikawa回弹模型改进研究

为克服弹性恢复系数人为选取对Ishikawa回弹模型再现事故的影响,考虑车辆变形这一重要参数,在Ishikawa回弹模型的基础上,增加能量守恒公式,建立新的碰撞动力学模型并再现一起实际事故,通过pc-crash进行验证表明:所建模型能很好地再现交通事故,且该模型不易受弹性恢复系数选取的影响,对弹性恢复系数的选取有指导意义。

考虑非饱和土基质吸力-回弹指数相关性的弹塑性本构模型及有限元实现

非饱和土压缩指数受基质吸力影响明显,回弹指数是土的临界状态本构模型中的重要变形参数。但在本构模型理论研究中,回弹指数随基质吸力的变化影响往往被忽略。为解决这一矛盾,以杭州地区重塑粉土为试样,使用GDS非饱和直剪系统的竖向加载功能,对试样进行50、100、200 kPa 3种定吸力条件下一维固结回弹试验,获取不同基质吸力非饱和回弹指数κ(s),并拟合得到κ(s)函数关系,对比已有试验研究,验证了拟合结果的合理性。进而将κ(s)表达式引入非饱和土扩展剑桥弹塑性本构模型,形成一种考虑回弹指数随基质吸力变化的非饱和土弹塑性本构模型。应用子增量步显示积分算法将该模型编辑成ABAQUS有限元UMAT子程序,最后基于ABAQUS有限元平台结合自编UMAT子程序进行固结回弹数值试验,模拟实际试验过程,对比两者试验结果,验证了该UMAT子程序的正确性。实现了一种考虑回弹指数随基质吸力变化的非饱和土弹塑性本构模型的数值化,为其进一步应用建立基础。

考虑干湿循环的路基土动态回弹模量研究

路基土的动态回弹模量是评估路基刚度的关键参数。受到降雨入渗、高温蒸发以及地下水位升降等复杂条件的影响,路基土的动态回弹模量受湿度状态和反复干湿循环作用影响显著。为此,本文以广泛分布的黏土为对象,对经历不同次数干湿循环后的试件开展了动三轴试验以考察不同因素下路基土的动态回弹模量特性。结果表明动态回弹模量随偏应力的增大而减小,随围压的增大而增大。同时,含水率上升所致的湿化作用使得路基土动态回弹模量有所降低,且反复干湿循环作用下动态回弹模量发生衰减,但随干湿循环次数的增加,其下降速率逐渐减缓直至趋于稳定。基于试验规律,提出并验证了含干湿循环次数在内的路基土动态回弹模量多因素预估模型,预测效果优良。

风化千枚岩填料动态回弹模量试验与预估模型研究

公路工程建设经过千枚岩等软质岩分布区域时,若将开挖产生的千枚岩弃渣用于路基填筑,可降低工程成本、节约土地资源、保护生态环境。文中通过开展风化千枚岩填料的动三轴试验,研究不同应力状态、压实度、含水率条件对风化千枚岩填料动回弹模量的影响及变化规律,采取不同应力指标建立动回弹模量预估模型,利用SPSS软件开展回归拟合分析,比选确定风化千枚岩填料动回弹模量预估模型,并通过模型回归拟合结果与试验数据对比,评价该模型的合理性与可靠性。经验证,模型回归拟合数据与试验结果误差较小,均在8%以内,故可用于风化千枚岩动回弹模量的预测。

粉质黏土回弹变形特性及数学模型研究

为研究粉质黏土在不同初始固结压力下的卸载回弹特性,设计并实施了压缩回弹试验。采用平均压缩模量、平均回弹模量及回弹率等指标,分析土样的变形规律。试验结果表明:土样的回弹过程呈现非线性特征,平均回弹模量随初始固结压力的增大而增大,随卸载后上覆压力的增大而减小。为准确描述这一关系,采用含3个参数的幂次函数进行拟合,取得了良好的效果。该结果为深入理解土体的卸载回弹行为提供了理论依据,并为工程实践中土体的回弹预测和分析提供了有效方法。

路基粉土动态回弹模量试验与预估模型研究

对不同含水率和压实度下的路基粉土进行动态回弹模量试验,结果表明:动态回弹模量随着围压的增大而增大,随着偏应力的增加而减小,其受围压的影响更为显著;随着含水率的增大而减小,随着压实度的增大而增大,受含水率的影响更为显著。最后采用物性指标参数塑性指数、含水率、压实度和力学指标参数CBR指标,建立路基粉土动态回弹模量预估模型。

异型截面铝型材滚弯过程回弹机理及预报模型研究

异型截面铝型材原料因其轻质、高强、抗腐等特点,作为大型结构件在列车车头得到广泛应用。但由于该类型材具有截面复杂、壁体多样、通长镂空等特征,在滚弯加工后不可避免地存在回弹现象。充分结合滚弯装备的结构与工艺特点,对滚弯过程异型截面铝型材进行了受力分析,揭示了卸料后铝型材的回弹机理。提出了异型截面铝型材等效截面系数的计算方法,结合中性层半径与材料属性及内应力的内在关系,建立了异型截面铝型材滚弯过程回弹预报模型,实现了滚弯回弹半径与回弹量的定量预报,并在现场取得了显著的应用效果,具有进一步推广应用的价值。

多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%~30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%~35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%~20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0~1)、缓慢增长阶段(N=1~6)和增长稳定阶段(N=6~9)。各因素按显著性由高到低排序依次为:压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。

基于仿真误差补偿模型的回弹补偿新方法

模具补偿是消除汽车外覆盖件回弹的一种有效方法,采用CAE迭代计算可获得模具的补偿型面,但由于回弹仿真计算存在较大的误差,因此实际成形件与设计模型有着一定的差异。针对回弹仿真不准确的问题提出了仿真误差补偿模型,并介绍了其建立过程,在仿真误差补偿模型的基础上通过CAE迭代计算获得模具的补偿型面,由于补偿过程考虑了回弹仿真误差,因此可以大幅度地提高成形精度。试验结果表明,由新方法所得到的实际成形件与其设计模型的差异非常小。

湘南地区红黏土动态回弹模量试验与预估模型研究

湘南地区广泛分布红黏土,它具有天然含水率高、孔隙比大及结构性强等特点,可用于特殊路基填料。为获得红黏土的动态回弹性能,利用动三轴试验研究了偏应力、围压应力和体应力对红黏土动态回弹模量的影响。结果表明:动态回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随偏应力的增大而减小;动态回弹模量受含水率影响较大,并在最佳含水率附近达到最大值。基于试验揭示的动态回弹模量与应力的相关性,采用3种应力相关的典型动态回弹模量预估模型对试验数据进行回归分析,进而遴选出最佳预估模型。误差分析表明,对于湘南地区红黏土,考虑偏应力和围压应力的回弹模量预估模型具有更高的决定系数,能更好地拟合红黏土的动态回弹模量。动态回弹模量试验结果和遴选的预估模型将为湘南地区红黏土路基设计提供试验和理论依据。

含水率变化下压实路基土动态回弹模量试验研究与预估模型

路基土动态回弹模量MR是路面设计和使用性能评价采用的关键参数,运营期间受含水率变化影响显著。以压实红黏土为研究对象,制备了6个不同含水率和3种不同压实度的试样,采用滤纸法测试了不同状态下的基质吸力,并通过动三轴试验研究了含水率、压实度、动偏应力和围压对动态回弹模量的影响。试验结果表明:MR随压实度、围压的增大而增大,随动偏应力增大呈非线性减小;MR随含水率增大急剧降低,从最佳含水率增加4.5%时,不同压实度下MR均降低约50%,动偏应力和压实度对MR的影响随含水率增大逐渐减弱;MR随含水率和饱和度的变化规律与土性显著相关,而不同土样的MR随基质吸力变化趋势基本一致。进而引入基质吸力,建立了综合考虑含水率和应力水平影响的压实路基土MR预估模型,通过本文和文献试验数据证实了该模型的适用性,并基于13种土样的试验结果建立了模型参数与物性指标之间的经验关系。

基于M–C弹塑性本构模型的岩土体开挖回弹效应研究

针对数值模拟开挖计算通常出现岩土体回弹现象,基于M–C弹塑性本构模型对基坑开挖过程中回弹效应进行了研究,分析了开挖回弹过程的力学机制和岩土体本构模型回弹力学参数的敏感性,并探讨了数值计算开挖回弹解决办法,研究结果表明:M–C本构模型参数中,岩土重度对一般岩土体开挖回弹的影响较为敏感,且坑底较地表影响更为显著;泊松比对岩土开挖回弹影响也较为明显;折减比例较小时,弹性模量和黏结力的敏感性较为突出,对地表回弹位移和基坑底部回弹位移影响较大;而内摩擦角对基坑底部回弹位移与地表回弹位移基本没有影响。研究结果可为岩土体基坑开挖的设计和回弹预测提供参考。

基于量纲分析法的金属板材折弯回弹数学模型

回弹是影响金属板材工件成形精度的一个非常重要因素。准确控制回弹是工件精密成形和模具设计的关键所在。针对用于修正回弹的传统试错法的不足,提出一种基于量纲分析和正交试验相结合的方法来建立金属板材折弯回弹半径数学模型。并讨论回弹数学模型的适用范围。该模型定量求解了板料回弹半径与凸模半径、板材厚度、屈服强度、弹性模量之间的非线性关系。将此应用于折弯凸模的设计制造,且用该凸模多道次渐进成形了一半椭圆形工件,它的平均误差是+0.63/-0.65mm。该制造结果表明,基于量纲分析法和正交试验法建立的板料回弹半径数学模型是合理有效的,该建模方法有助于加快模具设计进程,降低生产成本,为金属板料折弯成形及模具设计提供了一条新的途径。

路基土回弹模量应力依赖性分析及预估模型

通过室内重复加载三轴试验研究4种常用路基土的回弹特性,分析回弹模量对体应力、侧向应力、偏应力的依赖关系。试验结果表明,回弹模量值是两个应力变量的函数,且当其中一个变量保持不变时,回弹模量值随另一变量呈非线性变化,函数关系应为幂函数形式。在此分析基础上,参考Uzan模型表达式,以偏应力和体应力为变量回归得出相应的路基土回弹模量预估模型,拟合结果良好。模型的建立,有利于更好地理解路基土的回弹特性,并为路基模量设计值的取用与路面结构力学响应计算提供可靠的技术依据。

材料强化模型对回弹计算模拟精度的影响

回弹是冲压不可避免的一种物理现象,不仅影响工件的尺寸精度,而且影响结构的可靠性。准确计算模拟回弹,是降低和控制回弹的前提。材料在冲压过程中经受反向加载作用,表现出与单调加载时迥然不同的力学性能,因此材料强化模型的选择是影响回弹计算模拟精度的主要因素之一。利用有限元法,对汽车车身覆盖件翻边结构冲压回弹进行计算模拟,讨论各向同性强化、随动强化和混合强化模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较。结果表明,各向同性强化由于没有考虑包兴格效应,导致回弹计算结果偏大;随动强化没有考虑材料快速应力应变强化作用,反向软化程度偏高,导致回弹计算结果偏小;混合强化模型既包括了包兴格效应,又考虑了材料的瞬态特性,其反映的应力应变关系与真实材料最为接近,计算的弯曲应力较为精确,回弹预测结果与试验最为接近。

基于Yoshida-Uemori模型的TRIP800高强钢回弹分析

利用自行研制的试验装置进行了TRIP800高强钢的平面拉伸压缩试验,建立了TRIP800高强钢Yoshida-Uemori(Y-U)硬化模型,并对该模型进行了验证。在此基础上,进行了U形件冲压回弹分析,结果表明:基于Y-U材料硬化模型的U形件回弹比等向硬化模型具有更大的回弹值。

一种基于Chaboche理论的混合硬化模型及其在回弹仿真中的应用

为提高相变诱发塑性钢板的回弹仿真精度,在Voce非线性各向同性硬化和Chaboche随动硬化理论的基础上建立混合硬化模型。采用LSDYNA软件建立实现正交应变路径的单向拉伸有限元模型,结合LS-OPT软件,以仿真获得的应力应变曲线与试验应力应变曲线的偏差最小为目标,对混合硬化模型中的待定系数进行优化识别。采用该混合硬化模型预测TRIP780钢U形件的回弹,并进行试验验证。对仿真和试验误差因素进行总结。结果表明,基于Voce各向同性硬化和2项背应力组成的Chaboche随动硬化模型的混合硬化模型具有比各向同性硬化模型更高的冲压件回弹预测精度,优化过程中近似模型和预应变水平的选取以及轮廓线获取均是本文误差的重要来源,采用优化软件与有限元软件相结合确定硬化模型参数的方法在实际应用中精度高且方便可行。

屈服准则和硬化模型对5052铝板回弹仿真的影响

为选择适合于5052铝合金回弹仿真的材料模型,对LS-Dyna软件中4个材料模型MAT_36、MAT_122、MAT_125和MAT_226所采用的屈服准则和硬化模型进行了分析,采用这4个模型对5052铝板U形件的回弹进行了仿真,对回弹过程中圆角区的应力释放进行了讨论.同时,进行了U形件的回弹试验,并与仿真结果进行了比较.结果表明,4个材料模型中,基于Yoshida-Uemori随动硬化模型和Barlat’89屈服准则的材料模型MAT_226具有最好的回弹预测精度,由各向同性硬化模型和Hill’48屈服准则组合的材料模型MAT_122的回弹预测结果与试验结果的偏差最大.硬化模型对回弹预测精度的影响大于屈服准则的影响.

初始干密度对天然砂砾改良红粘土回弹模量的影响及预估模型

以掺天然砂砾改良的红粘土为研究对象,采用室内承载板法测定回弹模量,通过不同初始干密度下的回弹模量试验,深入研究了天然砂砾改良红粘土的回弹模量随初始干密度的变化规律,建立了不同初始干密度下回弹模量的预估模型。试验结果表明:在同一天然砂砾掺量下,随着初始干密度的提高,红粘土的回弹模量逐渐增大。当初始干密度由低向最大干密度增大时,回弹模量增长速度较快,当初始干密度超过最大干密度继续增大时,回弹模量增长速度变缓;在同一初始干密度下,当天然砂砾掺量从0增至30%时,回弹模量的增长幅度较小,当天然砂砾掺量超过30%而继续增长时,回弹模量增长幅度较大;初始干密度由1.6g·cm-3增长至2.0g·cm-3时,回弹模量增长值随天然砂砾掺量的增加而逐渐增大。分别建立了回弹模量随初始干密度及天然砂砾掺量变化的预估模型,通过补充试验,验证了预估模型的准确性。

重塑黄土动态回弹模量依赖性分析及预估模型

为明确重塑黄土动态回弹模量的应力依赖性,借助室内重复加载三轴试验,研究了在16种应力路径、3个压实度和4个含水量状态下黄土动回弹特性.试验结果表明:含水量越高时偏应力和围压影响较体应力显著,含水量越低时偏应力和体应力影响较围压显著.低偏应力条件下,含水量对低压实度黄土的回弹模量影响显著,反之高偏应力条件下含水量则对高压实度黄土回弹模量影响显著;回弹模量在含水量大于等于最佳含水量时,受偏应力和体应力影响显著,而在含水量小于最佳含水量时受偏应力和围压影响显著.鉴于此,提出以Ni模型为基础,在不同湿度阶段采用不同的应力控制参数的两阶段动态回弹模量预估模型,从而精准表达黄土路基性能参数.