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。     

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。     

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。     

不同应变率下玻璃态高聚物非线性屈服后行为的唯象本构定律

基于描述高温下金属行为的方法并经过修改状态变量本构方程，本研究提出一个无定形高聚物的粘塑性行为的模型．该模型包括了应变率敏感性效应，应变软化效应和应变硬化效应．在不同应变率和低于玻璃态转变温度(Tg)范围内，利用已发表的单轴试验的实验数据给出了一个确定模型参数的方法。数值算法表明该模型能较好预示屈服后的本征软化以及随之而产生的渐进定向硬化，尤其是对无定形玻璃态高聚物．     

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。     

描述橡胶粘超弹性的一个本构模型

提出了一个粘超弹性本构方程用于描述在高应变率下的行为。本构模型由两个部分组成：一个表征准静态超弹性特性，另一个描述非线性应变率相关行为。其6个材料参量由实验数据拟合确定，基于这一材料模型，数值模拟橡胶垫片受冲击载荷的3维动态响应计算结果和实验记录是一致的。     

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．     

高应变率下高聚物本构模型的BP神经网络辨识

利用SHPB技术和自编的BP神经网络程序,以尼龙为代表性研究对象,对高聚物在高应变率下的本构模型进行了辨识,研究表明：在应变小于7％范围内,以应变与应变率作为输入,以应力作为输出,BP神经网络能满意地辨识高聚物的动态本构模型;而当应变大于7％时,除应变和应变率外可取时间作为表征损伤演化的反函数共同作为输入,以应力作为输出,能获得满意的结果。     

玻璃态高聚物PMMA非线性粘弹-塑性本构方程的恒应变率近似解析解

本文基于粘弹-塑性耦合的本构理论模型和玻璃态高聚物PMMA在室温(T=298 K)和应变率ε=1.0×10~(-4)-1.0×10~(-1)s~(-1)范围内实测的单轴压缩加卸载循环的应力-应变曲线,给出了非线性粘弹-塑性本构方程在恒定应变率条件下的一个近似解析解,理论计算与实测的应力-应变曲线比较结果表明:在上述试验条件范围,吻合情况十分良好。     

Z型Q345冷弯钢构件率相关本构模型下的动态冲击失稳研究

以Z型Q345薄壁冷弯钢构件为研究对象, 首先测试了试验钢在10-4~102s-1应变率内的材料力学属性, 并拟合得到了由Johnson-Cook本构模型表述的材料本构参数, 同时对拉伸断裂的试件断口做了微观形貌分析. 接着, 在落锤装置上对Z型冷弯钢构件做不同速度的轴向冲击试验, 研究构件受到冲击的动态失稳变形情况. 然后, 通过ABAQUS软件建立了可以反映锤头冲击构件过程的仿真模型, 考虑应变率效应和初始缺陷等因素, 分析了构件主要部位端部质点的位移和速度变化情况以及应力波传播效应的影响. 结果表明 薄壁冷弯钢构件受到外部冲击作用会产生动态屈曲, 随着冲击载荷增大, 发展为明显的塑性变形. 应力波的传播效应对动态屈曲模态的阶跃起着关键的作用.     

基于有限元模拟的钢-竹组合梁柱节点胶层力学性能研究

利用ABAQUS有限元软件建立了钢-竹组合梁柱节点的三维模型,并采用双线性内聚力模型建立了胶层单元,与试验进行了对比,分析了组合节点胶层界面的应力变化和刚度退化.结果表明:建立的有限元模型能很好地模拟钢-竹组合梁柱节点的加载过程,验证了双线性内聚力模型模拟胶层的有效性,加载过程中胶层应力呈现出两端大、中间小的特点,胶层...     

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     

冲击荷载下C型G550冷弯钢的断裂机理研究

以C型G550薄壁冷弯钢构件为研究对象, 通过材料在不同应变率下的拉伸实验和数值模拟数据得到Johnson-Cook (J-C)本构模型和Johnson-Cook失效模型参数. 通过Abaqus软件模拟了不同冲击荷载作用下C型冷弯钢构件撕裂破坏的全过程, 利用落锤装置轴向冲击试验进行对比, 其实验结果与有限元数值模拟结果有良好的一致性. 此外, 对冲击试样撕裂断口进行微观形貌分析, 得到构件的断裂机理. 结果表明: 随着冲击速度的提高, 冲击力对构件的加载时间增加, 构件需要较大的塑性变形来吸收冲击能量; 冲击速度越高, 裂纹扩展功所占吸收冲击能量的比例越大, 显示出高速下裂纹扩展的能力越好; 冲击速度较高时, 以脆性断裂为主, 断口出现解理面, 甚至在高速变形时发生了绝热剪切破坏.     

基于格点-弹簧模型模拟含缺陷陶瓷材料的压缩破坏过程

采用基于有限元参数映射的格点-弹簧模型(lattice spring model)对多晶三氧化二铝(Al2O3)陶瓷的压缩破坏过程进行了数值模拟. 采用弹脆性模型模拟材料, 用弱界面模拟材料晶界, 基于Griffith能量准则判断断裂. 模拟了特定孔隙率下的Al2O3陶瓷的冲击破坏过程, 所得到压缩强度与实验测试结果基本吻合. 考察了孔隙对材料压缩力学性能的影响, 结果显示: 有孔隙陶瓷表现出一定的应变率敏感性并且其裂纹密度时程曲线具有明显的“台阶”, 而无孔隙陶瓷没有此现象; 含孔隙陶瓷的裂纹密度发展过程中的“台阶”对应了内部裂纹的发展和止裂机制, 是有孔隙陶瓷和无孔隙陶瓷的重要区别.