水泥路面聚氨酯填缝料有限元粘弹模型参数研究

研究了水泥路面接缝聚氨酯填缝材料有限元粘弹模型的确定过程。首先用动态剪切流变仪对聚氨酯嵌缝胶进行应变扫描,确定线弹性范围,然后选择应力进行应力松弛试验,获得多温度应力松弛模量曲线;选择ANSYS软件中合适的模型对试验数据进行曲线拟合,得到有限元广义Maxwell模型和Prony级数形式输入的材料粘弹参数;再确立温度-力学参数的回归公式,推导其他温度的粘弹力学参数。

一种弹-粘塑性本构模型材料常数的估计方法

推导了Bodner Partom统一弹 粘塑性本构模型的材料常数估计公式 ,修正了国外有关文献的不当之处 ,发展了模型参数的优化估计方法与程序 。

土应力应变关系的粘-弹-塑模型

土的动力非线性实验一般给出无量纲动力剪切模量G/G_(max)与剪应变γ的关系曲线以及滞回阻尼比λ与剪应变γ的关系曲线。同时,在地震工程主要关心的周期范围(例如0.1—10秒)内的地震荷载频率对以上两类经验曲线的影响不明显。为了获得一个与以上实验结果相一致的应力-应变关系,本文提出了一种具有粘性、弹性及塑件三种效应的应力-应变关系物理模型——粘-弹-塑模型(Visco-Elasto-Plastic Model),简称VEPM。这一模型能同时拟台G/G_(max)-γ和λ-γ两条实验曲线,且能很好地满足它们与加载频率无关的要求。本文还将VEPM与以往模型进行了对比,讨论了VEPM的物理意义。最后,给出了将VEPM应用于土层地震反应计算的两个实例。

环氧树脂沥青混合料粘弹行为的力学模型分析

通过弯曲蠕变试验,分析了环氧树脂沥青混合料不同温度下的蠕变特征。根据蠕变力学模型,采用3单元、4单元、2阶广义Kelvin模型、3阶广义Kelvin模型以及修正的2阶广义Kelvin模型分别对不同温度的蠕变行为进行了拟合。结果表明,环氧树脂沥青混合料各温度的蠕变变形开始发展很快,然后逐渐变慢,最后达到了平衡。采用修正的2阶广义Kelvin模型可以较为精确地表述材料不同温度的蠕变行为;通过不同温度下修正的2阶广义Kelvin模型的参数解析,可以得到材料的弹性模型随着温度变化趋势呈S形。研究成果可以为材料热粘弹性能的进一步研究提供依据。

利用内聚力模型(CZM)模拟弹粘塑性多晶体的裂纹扩展

采用内聚力模型(CZM),模拟多晶体中起裂于晶界的二维平面应变裂纹扩展.结果表明,弹粘塑性体中,初始裂纹尖端不会最先开裂.晶体本构的率敏感指数表征了塑性变形和内聚力区耗散两种机制的相互竞争.率敏感指数越大,塑性耗散能越大,内聚力区粘着能越小,使材料的塑性变形越容易,内聚力区诱发的破坏越不易;率敏感指数越小,材料响应越接近弹塑性性质,塑性耗散能减小,粘着能增大,外力功易转化为内聚力区的粘着能,使内聚力单元更易分离.增大内聚力区结合强度或临界张开位移使晶内和晶界的三轴应力度减小,即提高内聚力区韧性也使基体材料抗孔洞损伤能力提高.

煤岩的广义弹粘塑性模型分析

通过现场工程调查、煤岩的显微结构实验和全应力 -应变实验分析 ,提出一种适宜于研究矿山煤岩流变力学问题的广义弹粘塑性模型 ,建立了模型的本构方程、简单应力状态下的蠕变方程和复杂应力状态下的蠕变方程 .最后 ,利用非线性回归分析法———最小二乘法中的Mar quardt法对蠕变实验结果进行分析 ,获得有关煤岩的流变力学参数 .理论分析结果和试验结果对比表明 ,两者之间具有较好的吻合性 .

粘弹-塑性海冰动力学本构模型中的Drucker-Prager屈服准则

针对中小尺度下海冰动力作用过程中的漂移和堆积特征,在粘弹-塑性海冰动力学本构模型中引入了Drucker-Prager(D-P)屈服准则。该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹模型,屈服后采用相关联的正则流动法则。采用该模型对规则海区内的海冰堆积过程进行了数值试验,计算的海冰堆积高度与其解析解一致。另外,在对渤海海冰动力过程中的海冰厚度、密集度、速度以及冰内应力进行的48小时数值模拟中,计算的冰厚分布与卫星遥感资料相符合。基于D-P准则的计算结果与Mohr-Coulomb(M-C)准则的结果相一致,但D-P准则克服了M-C准则计算塑性应力时的奇异现象,进而简化了计算过程。在以上数值模拟中,均采用了光滑质点动力学计算方法。以上数值计算均验证了基于D-P屈服准则的粘弹-塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性。

线性粘弹结构有限元模型的鲁棒降阶方法

为了对粘弹性材料复合结构进行静动力分析及主被动控制 ,采用微振子模型描述线性粘弹材料的本构关系 ,先用有限元方法对结构进行离散 ,然后引入耗散自由度 ,将非线性的有限元方程转化为普通的二阶系统 ,最后从系统的可控性、可观性出发提出了一种模型的鲁棒降阶方法。算例表明微振子模型与有限元相结合 ,能很方便地求出固有频率、阻尼等模态参数及响应。鲁棒降阶算法稳定 ,能为下一步进行主动控制做好准备。

岩石弹粘塑性时效模型的遗传算法多参数辨识

应用遗传算法辨识岩石弹粘塑性时效模型的参数,实现了较好的多参数辨识效果。将研究成果应用到岩石工程,辨识反映工程岩体的弹粘塑性参数,也取得较好的辨识效果。

一个软土的弹粘塑性模型及其有限元应用

介绍一个适用于软土的弹粘塑性模型 ,将该模型应用于平面有限元程序中 ,对某软土地基的固结变形进行了分析预测 .该模型和邓肯张模型相比预测结果更合理 .该模型还可用于预测软土路基的工后沉降 .

振动拉伸的弹粘塑性模型

基于弹粘塑性本构关系 ,讨论了附加振动时单轴拉伸的应变及应力变化过程。分析结果表明 ,本文所给出的力学模型 。

一种基于复模量的粘弹减摆器非线性VKS改进模型

根据粘弹减摆器单频、对称激振实验获得的复模量数据,对粘弹减摆器的非线性VKS模型进行了参数识别;为了使模型适用于单频及双频条件,提出了一种考虑频率修正的非线性VKS改进模型,并用单频及双频条件下的复模量实验数据对分析模型进行了验证。改进模型可以正确地反映出粘弹减摆器复模量的非线性特性,可用来预估其单频及双频条件下的复模量特性。应用该模型进行了直升机空中共振分析,发现某直升机从悬停到前飞,其摆振后退型模态阻尼下降了37%左右。

一维弹粘塑性固结模型及其应用

从饱和粘土一维固结压缩的变形机理出发,建立了一个一维弹粘塑性固结模型,模型参数易于确定.计算与实验结果对比表明,该模型能应用于一维条件下任何加载方式的固结模拟,能描述表观前期固结压力的应变率效应、次固结引起的表观前期固结压力增加、连续加载下超静孔隙水压的增长规律等一些已被实验广泛证实且不能被太沙基固结理论反映的现象.

基于粘弹本构模型的注射成型充填过程模拟研究

为反映聚合物粘弹属性对注塑产品质量的影响,基于粘弹本构模型,对三维薄壁制件的注射成型充填过程进行了数值模拟研究。针对三维薄壁件,经合理简化假设,建立了其充填成型过程的数学模型,采用不可压缩Leonov粘弹本构模型。采用有限元/有限差分法来求解压力场和温度场,采用控制体积法来实现前沿界面跟踪,采用4阶龙格-库塔方法求解弹性应变张量。以一薄壁圆盘为例,对其注射充填过程中的充填时间及压力、剪切应力和第一法向应力差分布进行了数值模拟。模拟结果与前人的实验结果吻合较好,说明了本文建立的模型和数值方法的有效性及可靠性。

适配器新型基体材料热-粘-超弹本构模型研究

提出了一种描述导弹适配器新型基体材料PU2531在不同温度和不同应变率下的热粘超弹本构模型。利用准静态单轴压缩实验装置和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,获得不同温度不同应变率下的聚氨酯弹性体的压缩应力-应变响应规律;建立了聚氨酯弹性体材料含温度效应项的粘-超弹本构模型,根据实验结果拟合了本构模型中的相关参数;编写了用户子程序VUMAT,单轴压缩实验结果与数值解模型结果吻合度较高,验证了所建立的本构模型及用户子程序的有效性。

基于ADINA的软土粘弹塑性模型二次开发研究

由于软土具有蠕变特性,而商业化软件提供的岩土本构模型往往不能满足软土地区实际工程数值分析的需求。将一维广义西原模型的应力-应变关系推广为三维应力状态的弹-粘弹-粘塑本构方程,采用D-P屈服准则推导出用于数值计算的粘弹性柔度矩阵和粘塑性柔度矩阵,并成功添加到ADINA有限元程序中。然后利用曲线拟合法确定流变模型参数,并利用二次开发的粘弹塑模型,对软土的三轴蠕变进行数值模拟,通过数值模拟和三轴蠕变试验的结果比较,验证了模型的正确性和可靠性。文中二次开发采用的方法具有普遍性,可以为其他粘弹塑模型的开发提供借鉴和参考。

考虑初始缺陷的HTPB推进剂粘超弹本构模型

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂存在初始缺陷对其宏观力学性能的影响,对定制的不同界面缺陷含量的HTPB推进剂开展了多步松弛和单轴拉伸试验。获得了HTPB推进剂的平衡响应曲线和拉伸曲线。采用Ogden模型拟合了不含缺陷的HTPB推进剂的平衡响应曲线,引入应变率参数M来描述HTPB推进剂单轴拉伸曲线的率相关特性。通过该曲线拟合,得到了不含缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型参数。考虑了缺陷的影响,通过引入初始缺陷损伤因子f,构建了含初始界面缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型,分步拟合得到了所有模型参数。最后,用本研究所建模型预测了单轴拉伸载荷下的HTPB推进剂的宏观力学性能,结果表明,预测结果与试验结果一致,二者最大偏差仅为4.4%,验证了模型的可靠性。

砂沥青混合料非线性粘弹模型

基于砂沥青混合料蠕变特征,在Burgers模型中串联粘塑性体,并对粘塑性体中粘性系数进行改进,得到描述整个蠕变过程的非线性粘弹模型,理论推导和分析了模型蠕变方程.进行了砂沥青混合料试样施加不同应力下单轴压缩蠕变实验,由最小二乘法编制非线性拟合程序求得模型参数,拟合得到各模型参数与应力函数关系式.通过模型预测和实验值对比,结果表明,模型完整描述了砂沥青混合料蠕变过程3个阶段,尤其反映了加速蠕变的非线性粘弹特征.

考虑温度影响的钢丝绳橡胶输送带粘弹性模型建立及压陷阻力分析

为了研究带式输送机运行过程中,输送带覆盖层与托辊的压陷阻力变化规律,以三元件固体模型为基础,考虑温度对输送带粘弹性能的影响,提出并建立一种考虑温度的三元件四变量热粘弹动力学参数模型。再利用变温动态压缩实验,得到不同温度下的动态加载力与时间的曲线,通过一阶傅里叶级数拟合和推导获得了输送带橡胶覆盖层的热粘弹动力学参数模型公式,并对公式的准确性进行了验证,最后建立了包含温度、带速等参数的输送带压陷阻力系数计算方程,分析了各因素对压陷阻力系数的影响,并通过实验验证了压陷阻力系数计算方程,研究结果为指导带式输送机的节能运行控制提供了依据。

串联型粘弹-粘塑性沥青混合料本构模型的有限元分析

为将串联型粘弹-粘塑性本构模型移植到有限元计算中,使其能够对沥青路面结构与时间相关力学行为进行有效模拟和计算,通过编制材料子程序对本构模型进行了有限元实现。三维广义Maxwell粘弹性模型采用遗传积分进行表征,利用Prony级数特性推导出卷积方程的递推公式,在应变增量条件下更新应变,获得迭代过程的刚度矩阵;微分型粘塑性本构方程基于径向回退法建立积分子步下的变量演化方程,通过N-R迭代算法解决了收敛性问题,并利用本构模型的离散化推导,建立了整体迭代过程的一致切线刚度矩阵。通过典型算例对室内试验的与时间相关性行为对比分析,验证了有限元实现的合理有效性,为沥青路面结构计算提供理论基础和实例分析。