冲击压缩下纯铝中微孔洞塌陷的数值模拟

由于实验中无法观察材料的孔涮在受冲击加载时的变形过程,本文对纯铝中孔洞的变形过程进行了数值模拟.采用了3种材料模型:舣线性模型、塑性随动模型和应变率相关塑性模型,分别模拟了它们在冲击压缩下内部微孔洞的塌陷,并对结果作了详细的比较.结果表明:基体材料模型为双线性模型时,孔洞在冲击压缩下会出现射流现象,应变率的变化和材料的硬化方式不影响孔洞的变形;模型为应变率相关塑性模型时,孔洞在冲击压缩下不会出现射流现象,孔洞的变形与当前应变率和应变率历史相关;模型为塑性随动模型时,孔洞在压缩到某一时刻体积不会进一步缩小,孔洞周围单元会因失效而被删除,孔洞反而有变大的趋势,并且用这种模型模拟孔洞变形时,硬化系数会对孔洞变形有影响.通过对使用3种模型计算结果的比较,可以确定影响孔洞变形的主要因素.     

ZWT非线性热粘弹性本构关系的研究与应用

回顾和介绍了源于高分子材料非线性热粘弹性本构特性研究的ZWT（朱玉唐）本构模型。该模型揭示了高聚物在跨越准静态到冲击动态8个量级应变率范围和大应变下的本构非线性来自纯弹性响应而其率相关响应基本呈线性;发现准静响应和高应变率响应分别由各自的特征松弛时间控制,而各自的影响域仅为4．5个量级应变率;在同时考虑湿度效应后发展了非线性热粘弹性本构模型,并建立了相应的时间／速率与温度间的互换／等效关系;实验证实ZWT方程对热固性塑料、热塑性塑料和高聚物基复合材料都适用,并可推广到混凝土;在研究了材料内部损伤在冲击大变形下的率相关抽伤学化律后,进一步提出了计及损伤率型演化的ZWT方程和相应的双变量（应变、应变率）动态破坏准则;基于ZWT方程研究了粘弹性波的弥散和衰减特性,指出存在一个由高应变率松驰时间占统治地位的“有效传播时间”或“有效传播距离”;进而一方面提出了一个确定高聚物在高应变下粘弹性本构方程的反问题解法,另一方面把传统的SHPB弹性压杆技术推广到粘弹性压杆,从而可对低波阻抗材料进行冲击试验研究。     

一种基于微孔洞聚合模型的韧性材料失效判据

通过对阵列微孔洞附近应力场的三维有限元数值模拟计算,分析了韧性材料动态失效强度与材料应变率和材料中微孔洞相对间距的数值关系.基于微孔洞聚合模型,通过对微孔洞相对间距与微孔洞附近局部静水拉应力之间数值关系的分析,认为微孔洞之间韧带上静水拉应力对微孔洞相对间距很敏感,从而建立了以微孔洞相对间距和静水拉应力为参数的韧性材料动态失效判据.基于此失效判据,通过数值模拟得到韧性材料在不同应变率下的材料失效强度,并且可以合理解释韧性材料的动态失效.     

有限变形的三维粘弹性本构模型(英文)

遗传积分形式与弹性元件和粘壶串并联表示的微分形式可以描述高聚物小变形情况下的粘弹性特性.文章以这些小变形的本构模型为起点,推出有限变形下的本构模型.一个有限变形过程分解成一系列微小变形子过程.小变形子过程中,应力的转动变化由弹性本构方程确定,主应力的变化由弹性元件和粘壶串并联结构的模型确定,这样提出了一个满足客观性原理的有限变形的粘弹性本构模型.模型材料参数随应变率而变,所以模型适合于从准静态到冲击载荷的较宽应变率范围.作为应用,计算了简单剪切有限变形,就建议的模型与现有的模型进行了比较,结果表明建议的模型能够描述高聚物有限变形情况下的粘弹性性质.     

动载荷下颗粒增强高聚物中的损伤演化

本文讨论了在强动载荷作用下的颗粒增强高聚物中的损伤演化规律．文中首先介绍了由本文作者最近提出来的关于粒子填充高聚物的本构关系．然后研究了在平板撞击下的一维应变波的传播和衰减特性．本文基于细观力学方法研究了介质中微损伤的演化．拉应力波的作用将可能导致由于界面脱粘引起的微损伤成核，已经成核的微损伤(微孔洞)的长大与汇合将最终造成材料的动态失效．研究表明，影响微损伤演化的因素有：粒径分散度，平均粒径和界面粘结能等．然而，与准静态加载不同，在动态条件下，以上这些因素对损伤演化的影响并不十分明显．理论分析的结果是：材料的层裂破坏强烈地依赖于飞片对靶板的撞击速度，最后，本文还根据损伤演化的特征建议了一个关于粒子填充高聚物的层裂准则．     

基于细观孔结构的混凝土损伤劣化特性分析

通过冻融循环试验,探讨了在不同损伤定义下,普通混凝土与高性能混凝土的宏观强度损伤与细观孔洞结构的相互关系和混凝土损伤劣化特性规律,进而得到了反映混凝土损伤劣化特性的重要结论.     

压缩载荷作用下皮肤的生物力学特性

对皮肤组织在压缩载荷作用下的力学性能进行研究, 可为各类事故中对人体伤害的评估以及防护装置的设计提供一定的参考数据, 也可为皮肤替代品的研发提供重要的理论依据. 选用猪背部皮肤为实验材料, 分别进行低应变率压缩实验研究和霍普金森压杆实验研究, 得到皮肤组织低应变率压缩应力应变关系、压缩—松弛曲线以及高应变率下的应力—应变曲线. 结果表明: 皮肤组织有很明显的粘弹性特征, 尤其在很宽的应变率范围内, 应变率效应特别明显; 并通过超弹性模型与Maxwell粘弹性模型相结合的方式建立了皮肤的生物力学模型.     

高聚物PMMA的受力变形行为与粘弹－塑性本构理论模型

对高聚物ＰＭＭＡ实验测定了不同（Ｔ，ε）的单轴加卸载循环的应力－应变曲线。讨论了应力促进热激活塑性变形的活化粘壶理论和塑性变形的发展规律。提出由ＳＬＳ或ＭＳ与活化粘壶作串联耦合的粘弹－塑性本构理论模型，给出了微分和积分形式的本构方程组，用于拟合求解加卸载循环的应力－应变曲线，获得良好吻合的结果。详细讨论了ＰＭＭＡ在加载过程中的受力变形行为，包括起始加载的粘弹性变形，ε＿ｖ和ε＿ｐ的互相挤占，屈服点，以及屈服后应变软化和硬化的抗衡过程。对应变软化－硬化效应提出一种新的起因于粘弹变形内禀滞后效应的理论解释，并定名为粘弹软化－强化效应。对所包含的粘弹变形成分，从Ｅ＿ｖ的移位因子和归一化应力－应变主曲线两方面，讨论了可能存在的率温等效关系。     

冲击载荷下灰口铸铁力学行为的率效应及其破坏特性

利用ＳＨＰＢ压杆及Ｉｎｓｔｒｏｎ液压伺服材料试验机对灰口铸铁从准静态（应变率１０＾－４ｓ＾－１）列冲击动态（应变率４＊１０＾３ｓ＾－１）进行了宏观与微观相结合的试验研究,得到了该材料在不同应变率下的应力－应变曲线。实验结果表明,灰口帮铁在塑性变形初期对应变率不敏感,随应变增大则具有一定的应变率硬化效应,但在更高应变率下随应变增大会出现反向应变率效应,这些特性与灰口铸铁源于片状石墨处内部微裂纹纹成核     

高聚物计及损伤演化的动态变形和断裂

实验结果表明：高聚物在高应变率下的率相关的变形过程通常伴随着内部损伤的演化，这种演化导致了高聚物的最后断裂．采用改进了的熔丝网络模型及蒙特卡罗随机方法进行的数值模拟以及基于热激活机理所作的分析，得出了率相关的损伤演化律．相应地导出了计及损伤的率相关的非线性粘弹性本构关系，以考虑损伤弱化效应．进而提出了一个动态断裂判据，其同时与应变、应变率相关。采用SHPB技术与反向传播神经网络相结合的新方法，进一步证实了上述主要结果．     

直接撞击式大变形霍普金森压杆实验技术

作为高应变率材料力学性能测试的主要手段,霍普金森压杆实验的测试时长受到压杆长度限制,试件无法在较宽广的应变率下实现大变形.由此提出了一种在有限杆长下实现大变形加载的实验技术,该技术将传统上用于超高应变率实验的直接撞击方法应用于较低应变率下的材料动态性能测试,可实现102s-1量级应变率下材料较大变形下的动态应力—应变曲线测试.实际应用表明该方法简单有效.并且文中也对该技术的适用范围、实验装置的几何参数及材料参数对测试结果的影响进行了分析讨论.     

混凝土材料动态本构关系

利用改装的杆径为φ74mm的直锥变截面式Hopkinson压杆对混凝土材料进行动态压缩实验,系统地研究了混凝土的应变率硬化效应和损伤软化效应,进而拟合出混凝土材料的损伤型线性粘弹性本构关系。     

环氧树脂在高应变率下的热粘弹性本构方程和时温等效性

在—20℃～100℃的温度范围内用SHPB实验技术研究了环氧树脂在高应变率(10~2～10~3s~(-1))和直到7.5％大应变下的粘弹性力学行为。提出了一个简单实用的非线性热粘弹性本构方程,并发现存在一种时温等效性。在加卸载全过程中,理论计算值与实验结果相当符合。     

冲击载荷下高聚物动态本构关系对粘弹性波传播特性的影响

从广泛适用于工程塑料的ＺＷＴ非线性粘弹性本构方程出发，研究了冲击载荷下粘弹性波传播特性与本构特性间的相互依赖和影响。以有机玻璃、聚碳酸酯和环氧树脂为实例，通过数值模拟，对粘弹性波的传播特性作了分析比较。建议了一个在准静态试验基础上，通过测量粘弹性波两个主要传播特性参数（特征波速和衰减因子）来确定高聚物高应变率下动态本构方程的方法。理论预示和实验结果相符。     

各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形情况下的本构关系

提出一种修正的随动硬化材料塑性应变关联流动律,一个有限弹塑性变形过程被分解成许多小变形子过程,子过程中的应力响应被研究,研究表明子过程中的应变增量有两部分组成,只有其中一部分影响应力,结果,各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形时的本构关系被提出,最后,对新本构关系与其它理论的本构关系作了比较,计算了简单剪切变形的应力。     

混凝土材料的平板撞击实验与数值模拟研究

通过实验和数值模拟研究了混凝土材料在强冲击载荷（平板撞击）下的动态特性.采用内径57mm的一级轻气炮实验结合高阻锰铜压阻计的动态测试技术,得到了C40混凝土试样的原始电压-时间波形曲线,并换算得到相应的应力-时间波形;分析应力波传播速度,得到材料的最大应变率约为55.40×10s-1,压力峰值区间为0.340~2.702GPa.实测结果表明：不同位置处的压力在快速上升至峰值后均随时间衰减,且冲击波峰值随传播距离快速衰减,呈现出明显的粘弹性特征和耗散特性.并利用LS-DYNA程序对混凝土试样的平板撞击实验过程进行了数值模拟,模拟的应力-时间曲线与实测压力波形走势完全一致,峰值很接近,整体吻合较好.     

碳酚醛各向异性本构关系和波传播

通过理论和实验研究相结合的方法,建立了碳酚醛材料的横观各向同性粘塑性本构关系,并对其一维应变波的传播问题进行了典型的数值计算,总结和揭示了其本构方程和应力波传播的若干规律和特点。     

金属材料的高应变率塑性变形及纳米化

塑性变形方法是目前研究与制备金属纳米晶材料的技术方法之一,包括低应变率变形和高应变率变形2种．作者对金属材料在表面机械研磨和高能球磨这2种高应变率塑性变形条件下的微观组织演化及纳米晶形成机理的研究和最新进展进行了综述,旨在更好地理解该力学条件下金属材料的纳米化现象,以促进纳米材料的制备研究．     

铸镁合金ZM_5-T_4本构特性的宏观与微观研究

本文运用宏观和微观研究相结合的方法,对国产航空铸镁合金ZM5-T4在应变率为10~(-6)-10~3/s范围作了轴向准静态和冲击压缩试验研究。结果表明:在室温下该材料的应变率敏感性与铸态组织缺陷所引起的试验数据分散性相比是可忽略的。同时还观察到随塑性变形所发展的微裂纹有随应变率增高而增多的倾向。这种与微裂纹演化发展相关的“应变率弱化”效应有可能是抵消位错运动的应变率强化效应而导致综合应变率敏感性降低的主要原因。     

国产航空有机玻璃(PMMA)的非线性应力松弛行为研究

实验测定了国产航空有机玻璃PMMA在室温(20℃)、3—20.45％应变量范围内的应力松驰曲线。将用于表述中低应变率下加卸载循环的应力—应变行为的非线性本构理论,也即以考虑弹性和粘弹性变形的标准线性体和考虑塑性变形的活化粘壶作串联耦合的本构模型扩展应用到应力松弛状态,给出了相应的本构理论方程。对实验测得的应力松弛曲线进行数值拟合计算,吻合结果良好。表明所提出的本构模型也适用于描述PMMA的非线性应力松弛行为。得到了平衡态的应力一应变曲线,曲线的单调变化,表明不存在屈服极大值及以后的应变软化效应。