晶体塑性变形离散滑移模型及有限元分析

基于韧性单晶体实验现象，建立了描述晶体塑性变形的离散滑移模型．该模型的主要特点是：晶体滑移变形在宏观上是不均匀的，滑移带的分布是离散的．利用晶体塑性理论对模型进行了有限变形有限元分析，计算结果揭示了晶体滑移的离散行为，模拟的应力 应变曲线与实验曲线相吻合     

镁合金晶体塑性本构模型与非均匀孪生变形分析

微结构演化对镁合金材料力学性能有着显著的影响，为了揭示镁合金宏观塑性各向异性特性与非均匀孪生变形的关系，开展了不同路径下的单轴加载试验以及采用含滑移、孪生机制的晶体塑性本构模型对试验条件下的镁合金变形行为进行数值模拟研究。文中本构模型描述了滑移与孪生变形机制以及晶格转动的机制，同时研究采用三维微结构代表性有限元模型，其包含晶粒尺寸、晶向和晶界倾角等微结构参数。研究结果表明，轧制镁合金具有强烈的宏观塑性各向异性行为，并对这种镁合金塑性各向异性行为的模拟结果以及多晶织构的模拟演化结果与试验测量进行对比，结果都基本吻合。对孪生非均匀变形模拟分析表明，镁合金宏观塑性各向异性行为与滑移、孪生变形机制的不同启动组合紧密相关，同时多晶体内应力的非均匀分布受到孪生变形的严重影响。而不同晶粒尺寸的晶粒所发生的孪生变形有比较大的差异，造成孪晶变体在晶粒内的分布极不均匀。本研究可为通过微结构的合理配置来设计和控制材料的力学性能提供理论依据.     

SiCp/Al复合材料增强颗粒尺寸效应的细观分析

运用Voronoi方法建立了反映金属基颗粒增强复合材料(MMCp)微结构的多晶集合体代表性单元(RVE);采用Taylor关系推导了包含颗粒结构尺寸和体积分数参数的位错滑移硬化函数;建立了由300个平均粒度约为20μm的晶粒组成的多晶集合体代表性单元,并对MMCp3.5-5、MMCp3.5-10、MMCp10-5、MMCp10-10四种具有不同粒径和体积分数的铝基SiC颗粒增强复合材料在宏观均匀变形条件下的应力应变响应进行了数值模拟。计算结果表明:复合材料的应力应变模拟曲线与试验曲线吻合得较好,说明所推导的模型和硬化模式能够合理地描述颗粒增强尺度效应的变化趋势;多晶体模型也能够合理地表现复合材料内部应力应变在空间分布上的细观不均匀性。数值模拟结果反映了颗粒增强区承载着较大的载荷份额,而非颗粒存在区(基体)则承受着高达18%的应变,在两个区域的交界处出现了高达310MPa的应力集中,与已有文献试验观测的结果比较吻合。     

材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟

材料的力学性能,尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性,是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构(晶粒的形貌和取向等)对宏观塑性各向异性的影响,因此,本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型,并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先,建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算,并与实验结果进行对比验证。然后,以单向拉伸为例,分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响,并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明,本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响,为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。     

晶粒数量对多晶集合体初始各向异性的影响

Taylor类多晶晶体粘塑性模型被用于研究晶粒数量对随机分布多晶体拉伸塑性各向异性的影响。分别沿包含不同晶粒数量的多晶集合体的各方向进行单向拉伸数值模拟实验，得到多晶集合体各方向在一定等效应变下的等效应力，并用云图和等高线表示在多晶体的参考球面上。定义了描述多晶集合体各向异性程度的参考指标。讨论了三种确定晶体随机取向的方法。计算结果表明：晶粒数量有限的多晶集合体的应力应变响应仍有一定的各向异性，且随着晶粒数量增多，多晶集合体的各向异性程度降低；就所包含晶粒数相同的多晶集合体来说，在确定晶粒随机取向时，选取不同的方法对它的各向异性程度也有一定的影响。     

材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟

材料的力学性能，尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性，是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构（晶粒的形貌和取向等）对宏观塑性各向异性的影响，因此，本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型，并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先，建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算，并与实验结果进行对比验证。然后，以单向拉伸为例，分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响，并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明，本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响，为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。     

锻压过程宏-细观跨尺度仿真研究

采用基于Voronoi图的微结构模型,针对Cr5锻件锻压过程中晶体之间滑移趋势进行了有限元仿真研究。并根据晶粒接触滑移角度的不同,对锻压过程中不同应力区域晶粒应力、滑移剪切力的不均匀分布进行了统计和分析。将宏观有限元分析的特定区域的分析结果耦合成相应尺寸的细观模型的边界条件,从而实现了针对应力集中区域的宏-细观跨尺度的仿真。所得结果表明,材料内部滑移趋势受接触滑移角度影响很大,位于宏观滑移区的材料,在细观模型中的滑移趋势同样明显。     

考虑运动硬化的DD3镍基合金力学行为研究

详细介绍了镍基合金的晶体塑性本构模型，在Asaro大变形晶体塑性框架下， 详细介绍了镍基合金的晶体塑性本构模型，在Asaro大变形晶体塑性框架下， 引入了运动硬化规律，考虑了温度和应变率对晶体塑性变形的影响，通过针对每个滑移系考虑屈 服准则和流动规律建立了晶体塑性模型. 对积分过程进行了推导，通过编写ABAQUS材料用 户子程序(UMAT), 实现本构模型的有限元积分算法. 在此基础上模拟了DD3镍基单晶合金在 单轴拉伸和循环载荷下的响应，并与实验数据进行了对比. 利用该模型可以很好地 模拟镍基单晶所具有的各向异性特性，体现了镍基单晶在循环载荷作用下的拉-压不对称性.     

HILL屈服准则与晶体塑性模型对FCC单晶材料塑性各向异性描述能力的比较

采用宏观HILL模型和晶体塑性模型对面心立方单晶(FCC)材料的非均匀交形进行了数值模拟，意在比较两种不同尺度的模型对塑性各向异性的描述能力的差异。为了使两种模型具有可比性，对于FCC单晶材科，本文提出一种用晶体塑性模型来确定HILL模型中各向异性参数的标定方法。数值分析表明，两类模型对单晶体塑性各向异性的描述能力存在着差异。对FCC单晶材料，HILL模型对各向异性的预测能力没有晶体塑性模型细致，晶体塑性模型更能追踪塑性各向异性的变化。但两种模型对应力应变响应预测的趋势是一致的。对两种模型描述的差异，做了详细的分析。     

含冷却孔镍基合金次级取向效应的应变梯度晶体塑性有限元研究

单晶镍基合金具有优异的耐高温、高强、高韧等性能, 这些力学性能受制造过程引入的次级取向和冷却孔的影响. 已有研究大多关注单孔薄板的变形机理和力学性能, 而工程中应用的往往是多孔薄板, 当前亟需阐明多孔的塑性滑移带变形机理、次级取向效应以及冷却孔引起的应变梯度效应. 文章采用基于位错机制的非局部晶体塑性本构模型对含冷却孔镍基单晶薄板的单拉变形进行了数值模拟. 此模型基于塑性滑移梯度与几何必需位错的关系引入了位错流动项, 因此可有效刻画非均匀变形过程中的应变梯度效应. 为了全面揭示含孔镍基薄板的次级取向效应, 系统研究了[100]和[110]取向(两种次级取向)下镍基薄板的单拉变形行为, 并重点探究了在两种次级取向下冷却孔数量对薄板塑性行为的影响. 此外, 还分析了镍基合金板变形过程中各个滑移系上分切应力变化、主导滑移系开动以及几何必需位错密度的演化过程, 并讨论了塑性滑移量及其分布特征对不同次级取向镍基合金板强度的影响. 研究表明, 单孔和多孔的[110]薄板抗拉强度均低于[100]薄板, 多孔薄板的塑性变形过程比单孔薄板更为复杂且受次级取向影响更大, 并且发生滑移梯度位置主要位于冷却孔附近以及塑性滑移带区域. 研究结果可为工程中镍基合金的设计和服役提供理论指导.      

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.      

汶川地震诱发文家沟巨型滑坡 碎屑流基本特征及成因机制初步分析

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2008年5月12日,汶川M80地震在四川省绵竹市清平乡文家沟内诱发一巨型滑坡。通过现场调查得知,滑坡前后缘高差455m,厚度20～30m,滑面为基岩层面,初始方量2750×107m3。滑体在运动中转化为碎屑流。滑坡-碎屑流总的水平运动距离为4022m,垂直运动距离为1443m,遗留的堆积物体积达5×107m3。滑坡距映秀—北川断裂仅36km,位于其下盘,地震烈度达XI度。滑坡导致文家沟中48人遇害,并形成一条完整的地震次生地质灾害链。初步分析表明滑坡启动速度快,滑坡向碎屑流转化过程明显、地点明确。碎屑流运动过程复杂,伴有强烈的“气垫效应”和“前缘气浪冲击效应”。作者认为,文家沟滑坡的高启动速度是长持时强烈地震动作用的结果,与山体的猛烈碰撞是导致滑体解体并转化为碎屑流的原因。     

Preface: Orbits around asteroid

One of the core issues in modern celestial mechanics is the orbital dynamics in the near-regime gravitational field of as- teroids, which provides deep insights into the mathematical nature of a class of nonlinear systems, and plays as a critical basis for in situ explorations of different science goals. Lots of efforts have been made to reveal the characteristics of orbital motion in the vicinity of asteroids, and to improve the skills of asteroid research in methodology.     

Effet de l'anisotropie élastique cristalline sur la distribution des facteurs de Schmid à la surface des polycristauxInfluence of crystalline elasticity anisotropy on Schmid factor distribution at the free surface of polycrystals

Experimental studies of the plasticity mechanisms of polycrystals are usually based on the Schmid factor distribution supposing crystalline elasticity isotropy. A numerical evaluation of the effect of crystalline elasticity anisotropy on the apparent Schmid factor distribution at the free surface of polycrystals is presented. Cubic elasticity is considered. Order II stresses (averaged on all grains with the same crystallographic orientation) as well as variations between averages computed on grains with the same crystallographic orientation but with different neighbour grains are computed. The Finite Element Method is used. Commonly studied metals presenting an increasing anisotropy degree are considered (aluminium, nickel, austenite, copper). Concerning order II stresses in strongly anisotropic metals, the apparent Schmid factor distribution is drifted towards small Schmid factor values (the maximum Schmid factor is equal to 0.43 instead of 0.5) and the slip activation order between characteristic orientations of the crystallographic standard triangle is modified. The computed square deviations of the stresses averaged on grains with the same crystallographic orientation but with different neighbour grains are a bit higher than the second order ones (inter-orientation scatter). Our numerical evaluations agree quantitatively with several observations and measures of the literature concerning stress and strain distribution in copper and austenite polycrystals submitted to low amplitude loadings. Hopefully, the given apparent Schmid factor distributions could help to better understand the observations of the plasticity mechanisms taking place at the free surface of polycrystals. To cite this article: M. Sauzay, C. R. Mecanique 334 (2006).     

Nonlinear behavior of matrix-inclusion composites under high confining pressure: application to concrete and mortar

This paper is devoted to a micromechanics-based simulation of the response of concrete to hydrostatic and oedometric compressions. Concrete is described as a composite made up of a cement matrix in which rigid inclusions are embedded. The focus is put on the role of the interface between matrix and inclusion which represent the interfacial transition zone (ITZ). A plastic behavior is considered for both the matrix and the interfaces. The effective response of the composite is derived from the modified secant method adapted to the situation of imperfect interfaces. To cite this article: T.H. Le et al., C. R. Mecanique 336 (2008).     

Dynamics and Breakup of Viscoelastic Liquids (A Review)

The phenomena of hydrodynamic breakup of liquid jets, drops, films, bridges, and filaments are reviewed for liquids with viscoelastic properties. The reasons for breakup are capillary instabilities, collisions with rigid obstacles, and other forms of dynamic action. The relationship between the properties of the liquids and the features of the breakup process is discussed.     

Flow stability analysis and excitation using pulsating jets

Classical flow stability applied to transition from laminar to turbulent flow may also describe the behavior of vorticity fluctuations created by a pulsating jet placed along a solid boundary. A numerical laminar flow experiment involving a pulsating jet placed along the surface of a duct with flow separation downstream, resulted in eliminating most part of the separated flow region. Applying the same approach to a turbulent flow, it was possible to develop a turbulent stability flow formulation and apply successfully turbulent pulsating jet flow separation control. To cite this article: D. Skamnakis, K. Papailiou, C. R. Mecanique 333 (2005).