PTFE膜材的应力松弛性能及预测模型分析

对建筑用PTFE(聚四氟乙烯)膜材进行了5种温度(23,40,50,60,70℃)下的单轴应力松弛试验,考虑了初始拉伸速度(2,5,10,20 N/s)对于膜材应力松弛性能的影响,分析得到了材料的松弛模量变化规律,采用几种常见的粘弹性本构关系模型对试验曲线进行了拟合对比分析.研究发现PTFE膜材表现出了明显的应力松弛特性,且受温度和初始拉伸速度影响较明显;随温度的增加,膜材的应力松弛速度越快,最终稳定应力值越大;随着初始拉伸速度的增加,最终稳定应力值越小,应力松弛速度基本相同;大部分粘弹性本构关系模型能够对PTFE膜材的应力松弛行为做出较好的预测,少量模型预测效果较差,这主要与本构关系模型的组成形式有关系.     

Deformation Behavior Modeling of SMAs Under Cyclic Loading Based on Rational Interpolation北大核心CSCD

提出了一个有限弹塑性模型,用来模拟形状记忆合金(shape memory alloys,SMAs)在循环荷载下的变形行为.首先,通过分析上下屈服阶段形函数的特点,利用有理插值方法给出循环荷载下的应力-应变形函数显式表达,可以精确匹配任意形状的实验数据;其次,基于对数客观率,构建了有限弹塑性J2流模型,耦合了屈服中心的移动和屈服面的增大;再次,从单轴情况出发,推导得到了单个循环下的三个硬化函数显式表达,再引入局部因子和多轴扩展不变量,构造了光滑统一且多轴有效的硬化函数;最后,将模型得到的结果与经典实验结果比较,证明了新方法的有效性.该文创新点如下:第一,通过改进传统的背应力演化方程,使得新模型产生强烈的Bauschinger效应,从而使新方法具备模拟SMAs特殊变形行为的能力;第二,新的光滑统一硬化函数在单个循环下会自动退化,得到精确符合实验数据的结果;第三,利用本构方程推导得到有效塑性功演化规律,而有理插值得到的形函数中包含依赖有效塑性功的参数,给出这些参数方程以后使得模型具备了预测变形的能力.     

混凝土材料的粘塑性损伤本构模型

基于不可逆热力学,引入运动硬化、等向硬化和损伤内变量,构造了相应的自由能函数和流动势函数,推导出了混凝土材料的粘塑性损伤本构模型．数值模拟的结果表明,该模型能够避开屈服面和破坏准则的基本假设来描述混凝土材料的以下特性:压缩载荷作用下的体积膨胀现象;应变率敏感性;峰值后由损伤和破坏引起的应力软化和刚度退化现象A·D2由于此模型避开了根据各种变形阶段选择与其相应的本构模型的繁琐计算,因此更便于纳入复杂工况下应力分析有限元程序中．     

用力学子单元模型求解与时间有关的各向异性塑性问题

本文介绍了用力学子单元模型摹拟金属各向异性弹-塑性平面应力行为的做法,模型引用的纵向与横向应力-应变曲线,是用几个光滑的短线段来表达的;但为简化起见,把它们当作分段线性线段。模型已纳入粘塑性杂交应力有限元分析程序。     

基于L-D流动法则模糊弹粘塑性的有限变形分析

为了进行岩土材料有限变形的动力分析,采用Green应变和第二类Kirchoff应力描述材料的几何非线性。将隶属度函数引入到屈服函数中,并采用L-D屈服准则,得到了基于L-D流动法则的模糊弹粘塑性本构模型。应用非线性有限元原理,得到了土样动三轴实验有限变形的数值结果,并与小变形的数值结果和土样的动三轴实验结果进行了对比。通过对比发现有限变形的结果更加接近动三轴的实验结果,且模糊弹粘塑性模型能很好地反映循环荷载作用下岩土的动力性质,是岩土动力分析的一种有效方法.     

Ⅰ型动态扩展裂纹尖端的弹粘-理想塑性场

由于材料在扩展裂纹尖端的粘性效应的存在,考虑粘性效应并假设粘性系数与塑性等效应变率的幂次成反比,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了弹粘塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了Ⅰ型裂纹数值解的性质随各参数的变化规律．分析表明,应力和应变均具有幂奇异性,通过分析使尖端场的弹、粘、塑性可以合理匹配．对于Ⅰ型裂纹,裂尖场不含弹性卸载区．趋于极限情况时,裂纹尖端处于一种超粘性状态,并积聚了大量的能量,在各个受压应力状态下裂纹扩展．     

有限变形下的混凝土动态本构关系研究

讨论有限变形和小变形假设下本构关系的区别,并将其运用于混凝土的弹-粘塑性本构关系研究,提出了一个应变率相关的动态力学模型．模型基于Ottosen的4参数屈服准则,分别考虑混凝土在硬化阶段和软化阶段加载面的不同变化规律,建立冲击荷载下的混凝土本构关系．该模型可以应用于冲击载荷下混凝土材料响应的模拟．引进Green-Naghdi客观率建立有限变形的混凝土模型．根据大量实验结果对应变率和材料强度的关系提出合理假设,使模型可以反映混凝土大变形的动态力学行为,为相关工程问题的研究提供有益的思路和有效的工具．     

一种基于无屈服概念的粘塑性模型

结合位错运动的热激活理论,基于无屈服概念,提出了一组描述金属材料变形规律的弹/粘塑性本构方程.方程从总体上考虑了应变率、应变历史、应率变历史、硬化和温度等效应,具有较强的物理基础.恒温单轴条件下商业纯钛的力学性能的理论预测与实验结果相比较,存在着良好的一致性.     

弹性-应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解*

本文首先给出了一种用于描述材料软化,并存在有粘塑性的材料模型.用这种模型对反平面剪切型动态扩展状态下,裂纹尖端的弹粘塑性场进行了渐近分析,给出了弹性－应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解方程.分析结果表明,在裂纹尖端应变具有(ln(R/r))1/(n＋1)的奇异性,应力具有(ln(R/r))-n/(n＋1)的奇异性.从而本文揭示了应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近行为.     

Perzyna粘塑性模型的参变量变分原理*

Perzyna模型是粘塑性本构关系的主要形式之一,本文给出该模型的参变量变分原理,该原理将原问题化为求解带约束条件的泛函极值,其约束条件就是由粘塑性本构关系推导出的系统状态方程,所讨论的问题其塑性流动不受Drucker假定的限制,文中给出原理的证明,并研究弹塑性蠕变问题.     

变温条件下考虑车辆-路面相互作用的车辙分析

研究沥青路面结构的车辙问题,首先基于车辆与路面的相互耦合作用,建立路面不平整度引起的车辆荷载简化模型;然后根据沥青混合料蠕变试验数据,拟合出基于修正Burgers模型的沥青路面车辙的计算参数;最后结合气温观测数据,借助ABAQUS有限元软件,引入路面温度场,建立了考虑连续变温的日车辙预估计算模型.模拟了考虑车辆 路面相互作用的沥青路面在连续变温条件下的车辙变化规律,并分析研究了温度、车辆荷载以及车速对车辙的影响.结果表明,考虑车辆 路面相互作用得到的日累积车辙深度增大了6.5%,说明这一因素对沥青路面车辙的预测是不可忽略的;轴载及路面不平整度均与车辙量线性相关;而相同轴载作用下,温度越高,车辙增长越快,得到的车辙量越大;随着车速增大,车辙深度呈减小趋势,并且在车辆与路面发生共振的车速下,该文模型得到的结果增大了32%.     

超塑性板料的成形极限

根据超塑变形过程中的损伤演变方程和超塑性变形的特点，本文将基于粘塑性势的热粘塑性损伤势函数与Ｈｉｌｌ描述板料变形的各向异性材料屈服行为有机地结合起来，考虑了起塑变形过程中损伤与失稳的交互作用．将起塑变形全过程分为稳定变形。准稳定变形、应变路径飘移和集中性失稳发展四个阶段，用数值方法建立了超塑性板料的损伤失稳模型．然后在此基础上，以集中性失稳发生（ｄε２＝０）或临界空洞体积分数（ｆｃ）作为破坏判据，预测了板料超塑变形时的成形极限。     

高温合金GH4133B动态本构模型与失效模型研究

根据典型航空发动机机匣常用高温合金GH4133B在不同温度(298~1 073 K)、不同应变率(10~(-1)~5×10~3s~(-1))下的力学性能试验结果,结合机匣包容性分析用的J-C(Johnson-Cook)本构模型在实际应用中本身存在的不足,提出了一种更为准确地描述GH4133B合金力学行为的修正J-C本构模型(modified J-C model,MJC model),同时结合GH4133B在不同温度、不同应力三轴度的破坏行为,建立了基于J-C时效判据的一个经验型的失效模型.通过模型预测结果与试验结果对比,发现所建立的本构模型和失效模型能很好地预测GH4133B塑性流动应力及破坏行为.     

韧性材料中的一个新的动态孔洞增长模型

本文提出了一个可用来描述韧性材料动态断裂过程的新模型.基体是由具有过应力形式的弹-粘塑性本构关系的材料构成.文中给出了在常等效应变率下的含孔洞材料的动态加载面及其相应的近似解析表达式.当材料单元经受球对称载荷作用时,本文的模型将退化为Carroll-Holt-Johnson模型.当材料的应变率敏感参数趋于零时,本文模型将退化为Gurson模型.本文的研究还表明,在一般情况下正交性法则是不成立的.最后,将本文模型与近年来Pan,Saje,Needleman和Perzyna等人所提出的含孔洞材料的粘塑性本构模型进行了比较.     

Thermal Shock Crack Propagation of Alumina Simulated With the Phase-Field Method Under Temperature-Dependent Damage Criteria北大核心CSCD

氧化铝陶瓷材料的力学性能受温度影响显著,因此使用相场法模拟热冲击裂纹的扩展时有必要考虑损伤判据的温度相关性.在现有热力学相场模型的基础上通过引入温度相关性损伤判据,修正了相场模型的控制方程.利用该模型对氧化铝陶瓷热冲击实验进行有限元模拟,并将模拟结果与氧化铝热冲击实验结果和不考虑温度相关性损伤判据的有限元模拟结果进行对比.结果表明,通过引入温度相关性损伤判据,可实现对热冲击裂纹的萌生和扩展过程更合理的模拟.     

不同类型高强钢轨道轮轨接触下塑性变形分析

基于ABAQUS有限元软件建立三维轮轨接触模型,采用用户材料子程序定义的非线性随动硬化模型和任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)算法,研究碳含量不同的3种高强轨道钢稳态滚动接触时接触区应力和塑性应变分布。结果表明:累积塑性变形最大值发生在轨道次表面2 mm处,随着碳含量的增加,轨道接触斑中间相同深度的累积塑性应变逐渐增大。研究结果对于高强轨道钢的选材有一定参考意义。     

Ⅲ型弹粘塑性/刚性界面裂纹的定常扩展裂尖场

考虑裂纹尖端的奇异性和粘性效应,建立了双材料界面扩展裂纹尖端的弹粘塑性控制方程．引入界面裂纹尖端的位移势函数和边界条件,对刚性-弹粘塑性界面Ⅲ型界面裂纹进行了数值分析,求得了界面裂纹尖端应力应变场,并讨论了界面裂纹尖端场随各影响参数的变化规律．计算结果表明,粘性效应是研究界面扩展裂纹尖端场时的一个主要因素,界面裂纹尖端为弹粘性场,其场受材料的粘性系数、Mach数和奇异性指数控制．     

PCB焊点热循环失效分析和改进设计

针对PCB（印制电路板）焊点在高低温热循环下的失效,建立了传统结构的三维模型和在芯片边角下加锡块的改进设计模型,通过实验测得FR-4的弹性模量和热膨胀系数,用ANSYS计算了PCB在高低温循环下的应力应变,并用修正的Coffin-Manson经验方程计算了焊点的热循环寿命。结果表明,通过在芯片边角下加锡块,PCB焊点的最大等效塑性应变显著降低,其热疲劳寿命得到明显提高.     

韧脆转变的一种细观随机模糊统计分析

对不同温度和应力状态下40Cr材料进行大子样宏观试验和细观观测,提出了一种新的材料断裂韧脆转变统计随机模糊模型。该模型认为,在统计意义上,材料的韧性断裂为空穴机制,临界空穴扩张比参数可以作为韧性断裂的判据;材料的脆性断裂可以用内嵌币状裂纹的脆性断裂模型来模拟,为此测量断裂特征长度,提出并具体计算了控制币状裂纹失稳扩张的细观临界应力强度因子;在韧脆转变区域内,这两种机理并存并相互竞争,为此提出了模糊准则。对模型参数进行了测量和统计分析,给出分布规律,给出了计算断裂特征的概率模型。计算了韧脆转变区域内的细观机制变化和宏观响应。结果表明,该模型及分析方法可以很好地模拟应力状态及温度对韧脆转变的影响。     

弹粘塑性材料中Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场的构造研究

采用弹牯塑性力学模型,对弹粘塑性材料中Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,运动参量裂纹扩展速度本身对裂尖场的分区构造影响很小.材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度.同时对裂尖场的构造有一定影响.当裂纹扩展速度为0时,动态解退化为相应的准静态解;当硬化系数为0时,线性硬化解还原为相应的理想塑性解.