Computational multiscale methods for granular materials

The fine-scale heterogeneity of granular material is characterized by its polydisperse microstructure with randomness and no periodicity. To predict the mechanical response of the material as the microstructure evolves, it is demonstrated to develop computational multiscale methods using discrete particle assembly-Cosserat continuum modeling in micro- and macro- scales,respectively. The computational homogenization method and the bridge scale method along the concurrent scale linking approach are briefly introduced. Based on the weak form of the Hu-Washizu variational principle, the mixed finite element procedure of gradient Cosserat continuum in the frame of the second-order homogenization scheme is developed. The meso-mechanically informed anisotropic damage of effective Cosserat continuum is characterized and identified and the microscopic mechanisms of macroscopic damage phenomenon are revealed. c 2013 The Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics. [doi： 10.1063/2.1301101]

复合固体推进剂细观损伤演化研究进展

概述了复合固体推进剂的细观损伤演化行为,从细观损伤演化表征方法、细观损伤演化有限元数值模拟和含损伤的黏弹性本构模型3方面综述了复合固体推进剂细观损伤演化的研究进展,指出了当前研究中存在的不足和未来的研究方向。分析指出,在微细观表征方面,实现动态复杂加载条件下的细观损伤表征分析是难点,应开发新的微细观表征方法,完善动态多尺度观测手段,解决损伤定量化表征问题;在数值模拟方面,二维RVE模型和仅适用于单一加载条件的界面模型无法反映真实细观损伤演化,应建立能反映细观结构状态的三维RVE模型和考虑温度、应变率效应的界面模型,以此开展数值模拟得到准确的推进剂细观损伤演化过程;在含损伤本构模型方面,大多数基于唯象学的本构模型难以体现细观结构变化对力学响应的影响,应从细观尺度出发建立反映整个损伤起始-演化-破坏的宏细观本构模型,预测推进剂宏细观力学响应。附参考文献73篇。

基于SEM-DIC耦合方法的混凝土界面过渡区孔隙率影响研究

混凝土界面过渡区(ITZ)是混凝土骨料与砂浆的交界区域,相比于砂浆,其具有更小的强度与弹性模量,难以直接观察测量.为了描述ITZ的损伤演化,通过原位加载压缩试验,结合扫描电镜获取特定试件的表面细观形貌,用数字图像相关(DIC)方法分析ITZ孔隙率信息并表征ITZ损伤.同时,根据孔隙等效模型进行有限元模拟,给出一种能直观表征混凝土ITZ损伤的方法.研究结果表明:ITZ损伤分布大致表现为骨料-ITZ边界处的快速增长以及ITZ-砂浆边界处的缓慢减小;ITZ的弹性模量与孔隙率之间呈负二次幂函数关系,大致上符合EMF理论;ITZ的损伤因子与孔隙率之间呈二次多项式函数关系;ITZ的损伤程度可由孔隙率来表征;考虑混凝土界面过渡区影响的有限元模拟结果与试验结果基本吻合,说明试验所得结论可靠,可为混凝土结构损伤演化提供部分理论参考与数据支持.

电火花打孔对单晶高温合金损伤的多角度表征方法及损伤机理

本文旨在研究多种工艺参数下电火花打孔对新一代单晶高温合金的损伤行为,通过进行加工电流、脉冲宽度与脉冲间隔3种参数变化的25组正交试验,采用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子背散射仪(EBSD)等表征手段对打孔形成的不同损伤的影响规律进行研究。结果表明:加工电流对孔壁粗糙度和重熔层厚度影响最明显,脉冲宽度其次,脉冲间隔影响最弱。基于试验结果形成从圆度、锥度、孔内壁粗糙度、孔内壁形貌、重熔层厚度分布、重熔层组织结构、重熔层成分等多角度表征气膜孔损伤的方法。利用多处测量正交计算和极差的方法,以及面积方法评价不同打孔工艺重熔层厚度,剖析重熔层的形成过程,分析出电火花打孔对先进单晶高温合金的损伤机理。

干衣机内织物烘干损伤程度表征方法探讨

为研究适于表征干衣机内织物烘干损伤程度的方法,采用尺寸稳定性测试分析、KES-FB织物风格分析、色差分析、扫描电镜分析、X射线衍射分析等多种研究方法,对经过不同烘干周期处理的织物各项性能进行系统的对比分析。结果表明,尺寸稳定性测试分析、KES-FB织物风格分析、色差分析方法在表征干衣机内织物损伤程度方面存在一定难度;X衍射分析难以定量表征织物烘干损伤程度;而扫描电镜分析是一种较准确灵敏且能有效确定织物损伤程度的表征方法。

动能棒超高速对地撞击毁伤效应研究

提出一种测试方法用于表征动能棒超高速对地撞击的毁伤效应。通过数值仿真给出动能棒超高速对地撞击的主要毁伤形式及其表征参量,针对这些表征参量从理论上逐一提出相应的测试手段,最终用这些测试手段获得了百千克级动能棒超高速对地撞击毁伤效应数据。所提出的测试方法能作为后续动能棒超高速对地撞击毁伤效果研究的有效手段之一。

既有网格结构损伤检测与模拟方法研究进展

网格结构在使用过程中会产生不同程度的损伤,损伤的累积会导致结构承载性能的降低甚至倒塌。基于现有研究成果,首先阐明了结构损伤检测过程中样本选取方法的研究进展与不足,指出了概率抽样方法的合理性与局限性;在结构损伤的参数化表征方面,总结了基于损伤力学与断裂力学等研究方法的成果,指出了不同方法在应用过程中面临的问题;在结构损伤的模拟方面,介绍了若干含损伤及缺陷模型的构建方法以及其适用性。最后,总结了网格结构损伤检测与模拟过程中面临的主要问题与针对性的研究思路。

光学元件亚表面缺陷表征与检测技术研究现状分析(特邀)

光学元件常用脆性材料作为原材料,脆性材料加工过程中极易引入亚表面缺陷,亚表面缺陷对脆性材料的制造阶段和应用阶段均存在严重的危害。制造方面,亚表面缺陷影响工序的选择与衔接,易产生过加工、欠加工等问题,导致加工效率低下;应用方面,亚表面缺陷影响光学元件的成像质量、稳定性、使用寿命等关键技术参数。为了高效率、高质量地去除亚表面缺陷,全面表征和准确检测光学元件的亚表面缺陷至关重要。文中首先介绍了不同加工方式对应的亚表面缺陷形成机理与亚表面缺陷的表征方法研究现状;其次归纳总结了破坏性与非破坏性的亚表面缺陷检测方法,分别介绍了不同检测方法的原理、适用材料与加工阶段、优点与不足之处;并介绍了基于表面粗糙度、加工参数的亚表面缺陷预测方法;最后,对亚表面缺陷检测技术的发展趋势进行了展望。

基于实验的反演识别方法及其在材料力学性能研究中的应用

本文介绍了基于实验的反演识别方法,综述了该方法在材料力学以及界面力学性能研究中的应用.内容包括:讨论了基于实验反演识别整体化策略与若干关键技术,比较了几种识别算法的优缺点,给出了在金属基复合材料界面力学损伤与破坏及考虑时间效应的粘接界面力学模型与实验表征方面的应用,简介了在其它材料力学性能研究等方面取得的进展.最后,对该实验分析方法发展趋势进行简要评述.