率相关本构方程积分新算法

提出一种积分率相关本构方程的隐式积分新算法,引入0～1范围内的缩放因子λ对本构方程进行间接求解,可以避免直接求解等效塑性应变或等效塑性应变率时,由于其数值过大或过小而造成的收敛困难或收敛失败,实现对率相关本构方程的快速准确求解.以B-P统一本构方程及双曲正弦本构方程为例,验证了算法的可行性.结果表明,新算法对于准静态变形条件下的无硬化本构方程也可以得出准确的解.     

混凝土黏塑性动力损伤本构关系

从静力弹塑性损伤本构关系的基本框架出发, 综合考虑塑性应变与损伤 演化的率敏感性, 建立了能够较为全面地描述混凝土在动力加载条件下非线性性能的混凝土 黏塑性动力损伤本构模型. 为了考虑塑性应变的率敏感性, 基于Perzyna理论推导了有效应 力空间黏塑性力学基本公式, 采用改进的Perzyna型动力演化方程, 将损伤静力演化方程推 广到动力加载情形. 基于并联弹簧模型, 从概率论的角度推导给出了一维损伤静力演化方程, 并基于能量等效应变的基本概念将其推广到多维损伤演化. 利用数值模拟, 计算得到了 混凝土在不同应变率下的应力应变全曲线, 同时得到了一维动力提高因子和二维动力强度包 络图, 数值结果与试验结果的对比表明了该模型的有效性.     

一种孔隙介质力学模型及在水泥基材料的应用

基于细观力学和断裂力学的基本理论提出一个新的分析模型, 对孔隙介质的力学性能进行了分析. 依据孔隙介质内部孔隙的几何描述和状态参数,如孔隙率、形状、尺度及分布等,通过等效夹杂理论获得孔隙介质的等效本构方程,其最终变量为应力、应变和孔隙的形态参数. 根据断裂理论中材料承受载荷作用下破坏增长过程中的能量守恒,对孔隙介质变形过程中机械能、弹性应变能和载荷提供的势能进行分析, 根据能量守恒定律建立能量守恒方程,其最终变量也为应力、应变和孔隙的形态参数. 根据等效本构方程和能量守恒方程,获得孔隙介质承受载荷作用下的应力应变关系. 最后将该力学模型应用于水泥基材料,计算水泥基材料的力学性能并与文献中的结果进行对比分析,结果显示模型的计算结果准确有效.      

形状记忆合金相变塑性的统一本构理论

本文根据单品相变时其宏观(长程)切应变(等效应变)与外加切应力(等效应力)问的幂函数关系假定,建立了形状记忆合金多晶体相变塑性的统一细观本构理论,它推广了现有细观本构理论的结果,消除了现有理论中存在的当外加偏应力趋于零时自由能函数的不连续性和宏观塑性变形的不连续性。这一本构理论将能统一地描述在不同温度和载荷下记忆合金所呈现的各种行为。     

旋转壳非线性蠕变分析

基于现有的蠕变理论,本文推导出复杂应力状态下的蠕变本构方程,以内力与转角为基本未知量,得到旋转壳在轴对称载荷作用下的非线性蠕变控制方程.对基本未知量在空间上采用样条配点法离散,在时域上采用初应力法离散,求出壳体在不同时域的蠕变应变和应力,而最终可求出蠕变后的稳态应力重新分布.计算结果表明同,本文分析方法是有效的.     

非比例循环塑性和循环粘塑性本构描述的某些新进展

金属材料循环塑性本构方程和循环粘塑性本构方程是固体力学中近１０多年来一个十分重要的领域。本文评述了金属材料非比例循环塑性界限面本构理论、内时理论和循环粘塑性本构理论及其某些进展，对某些模型中非比例度定义，材料在复杂应变幅值历史、非比例循环加载历史以及其它历史下的强化规则和流动规则进行了分析与评价，在此基础上对循环本构理论的发展趋势提出自己的看法。     

超高强度钢AF1410塑性流动特性及其本构关系

在本文中,为揭示超高强度钢AF1410的塑性流动性,并研究其塑性流动本构关系,利用CSS4410电子万能试验机和改进的Hopkinson拉压杆技术,对AF1410钢在温度从100K到600K,应变率从0.001/s到2000/s,塑性应变超过20%的塑性流动特性进行了试验研究。结果表明,拉伸加载下AF1410钢屈服强度低于压缩屈服强度,且随应变率增加,拉压屈服强度差值越来越大;该材料塑性流动应力对应变率敏感性低,而对温度较为敏感;随应变率的提高,该材料拉伸失效应变减小,但温度对失效应变无明显影响。最后基于位错的运动学关系,借助试验数据,获得了AF1410钢的塑性流动物理概念本构模型,并通过与经典J-C模型的结果对比对该物理概念本构模型进行了评估分析,表明该物理概念本构模型在较宽温度和应变率范围能较好的预测AF1410钢的塑性流动应力。     

SnPb钎料合金的粘塑性Anand本构方程

采用统一型粘塑性本构 Anand方程描述了电子封装焊点 Sn Pb钎料合金的非弹性变形行为 ,基于 Sn Pb 合金的弹塑性蠕变本构方程和实验数据 ,确定了6 2 Sn36 Pb2 Ag、6 0 Sn40 Pb、96 .5 Sn3.5 Ag和 97.5 Pb2 .5 Sn四种钎料合金 Anand方程的材料参数 ,验证了粘塑性 Anand本构方程对 Sn Pb合金在恒应变速率和稳态塑性流动条件下应力应变行为的预测能力。结果表明 ,Anand方程能有效描述 Sn Pb钎料的粘塑性本构行为 ,并可应用于电子封装 Sn Pb焊点的可靠性模拟和失效分析     

DH-36钢的塑性流动统一本构关系研究

通过对DH-36钢动态应变时效的规律和试验数据进行系统分析, 发展和建立了描写第3种动态应变时效的本构模型. 然后基于热激活物理概念本构模型和塑性流动应力组合原理, 加入对第3种动态应变时效的描述, 获得了统一本构模型. 该模型不仅可以描写第3种动态应变时效, 还可以预测DH-36钢在温度77K~1000K, 应变率0.001s^{-1}~3000s^{-1}范围内的塑性流动应力,通过比较发现统一本构模型预测结果与试验结果吻合很好.      

聊聊动态塑性和黏塑性

固体力学研究者致力于具有应力-应变本构关系（以下简称为形变型本构关系）的变形体的力学响应研究，而流体力学研究者致力于具有应力-应变率本构关系（以下简称为流动型本构关系）的流动体的力学响应研究。当涉及结构和材料的动态塑性时，到底应该用“塑性变形”还是“塑性流动”来表示？本文从宏观塑性本构理论和微观位错动力学机理两个角度，分别讨论并指出塑性本构关系属于流动型黏塑性率相关本构关系，且同时适用于加载和卸载；因而不应该用应力-应变图来描述塑性加-卸载过程。弹塑性本构关系则是一种形变型和流动型本构关系的耦合。     

一类新的超弹性-循环塑性本构模型

目前,很多经典的超弹性-有限塑性本构模型已被提出,但由于超弹性理论中中间构型的引入使得随动硬化法则相对复杂,故多数文献均采用的是经典的Armstrong-Frederick(A-F)随动硬化法则.本文基于已有的本构理论,利用多机制过程的概念拓展了Lion塑性变形分解理论,明确提出了多重中间构型的概念,并在此基础上,对经典理论中客观性的定义进行了概念上的推广,使其更好地适用于超弹性本构理论分析,同时提出了一类新的超弹性-有限塑性本构模型.这类本构模型满足热动力学法则,且可融合多种小变形循环塑性理论中常用的随动硬化法则(如经典的A-F模型,Chaboche模型,Ohno-Wang(O-W)模型以及Karim-Ohno(K-O)模型等),使得小变形理论中背应力的加法分解性质及其演化的临界面阶跃特性在大变形领域中均有所体现,故本文提出的本构理论可看作是小变形循环塑性模型在大变形理论中的扩展.本文最后以K-O模型为例,对推荐模型进行了详细探讨,并与相应的次弹性模型进行了对比.      

A gradient theory of single-crystal viscoplasticity that accounts for geometrically necessary dislocations

This study develops a gradient theory of single-crystal plasticity that accounts for geometrically necessary dislocations. The theory is based on classical crystalline kinematics; classical macroforces; microforces for each slip system consistent with a microforce balance; a mechanical version of the second law that includes, via the microforces, work performed during slip; a rate-independent constitutive theory that includes dependences on a tensorial measure of geometrically necessary dislocations. The microforce balances are shown to be equivalent to nonlocal yield conditions for the individual slip systems. The field equations consist of the yield conditions coupled to the standard macroscopic force balance; these are supplemented by classical macroscopic boundary conditions in conjunction with nonstandard boundary conditions associated with slip. As an aid to solution, a weak (virtual power) formulation of the nonlocal yield conditions is derived. To make contact with classical dislocation theory, the microstresses are shown to represent counterparts of the Peach-Koehler force on a single dislocation.     

非经典大变形弹塑性本构方程及其算法研究

本文介绍了作者提出的非经典大变形弹塑性木构方程的增量形式，发展了相应的有限元分析方法。由于不采用屈服面的概念及相应的流动规律与加载准则，与传统的算法相比，本文提出的算法不仅简化了计算过程，而且改善了收敛速度和计算精度。作为验证和应用的例子，分析了圆柱试件的大变形拉伸颈缩过程和短圆柱的镦粗过程。与实验结果的比较证明了所发展方法的有效性。     

Generalizing J 2 flow theory: Fundamental issues in strain gradient plasticity

It has not been a simple matter to obtain a sound extension of the classical J₂ flow theory of plasticity that in- corporates a dependence on plastic strain gradients and that is capable of capturing size-dependent behaviour of metals at the micron scale. Two classes of basic extensions of clas- sical J₂ theory have been proposed: one with increments in higher order stresses related to increments of strain gradi- ents and the other characterized by the higher order stresses themselves expressed in terms of increments of strain gra- dients. The theories proposed by Muhlhaus and Aifantis in 1991 and Fleck and Hutchinson in 2001 are in the first class, and, as formulated, these do not always satisfy ther- modynamic requirements on plastic dissipation. On the other hand, theories of the second class proposed by Gudmundson in 2004 and Gurtin and Anand in 2009 have the physical deficiency that the higher order stress quantities can change discontinuously for bodies subject to arbitrarily small load changes. The present paper lays out this background to the quest for a sound phenomenological extension of the rate- independent J₂ flow theory of plasticity to include a de- pendence on gradients of plastic strain. A modification of the Fleck-Hutchinson formulation that ensures its thermo- dynamic integrity is presented and contrasted with a compa- rable formulation of the second class where in the higher or- der stresses are expressed in terms of the plastic strain rate. Both versions are constructed to reduce to the classical J₂ flow theory of plasticity when the gradients can be neglected and to coincide with the simpler and more readily formulated J₂ deformation theory of gradient plasticity for deformation histories characterized by proportional straining.     

边坡稳定的剪切带计算

为了解决边坡稳定分析中剪切带有限元网格的依赖性问题,采用梯度塑性理论,从本构关系中引入特征长度入手,建立计算模型。提出了一种8节点缩减积分的梯度塑性单元,并采用梯度塑性理论推导了Drucker-Prager屈服准则的软化模型的有限元格式,在ABAQUS中进行了二次开发,嵌入了本文提出的8节点单元和本构模型,并用ABAQUS软件进行了边坡剪切带的计算。计算结果表明,本文提出的方法消除了经典有限元计算的网格依赖性问题,可以得到与单元剖分无关的稳定的剪切带宽度。本文所提出的方法可适用于其他场合的剪切带计算。     

形状记忆合金的一种基于经典塑性理论的两相混合本构模型

形状记忆合金由马氏体相和奥氏体相动态组成,其行为实质上是两相各自行为的动态组合,根据实验现象,假设在一定的变形范围内,马氏体相为弹塑性而奥氏体相为线弹性,基于经典塑性理论和混合物理论,结合Tanaka的相变描述,得到了形状记忆合金的一种本构描述,对不同温度下形状记忆合金Au-47．5at．％Cd的铁弹性、拟弹性和形状记忆特性进行了分析,取得了与实验相吻合的结果。     

Time dependent damage in half-plane part 2: Traction loading

Transient time dependent stress and strain distribution are obtained for a half-plane made of 4340 steel. A traction load is applied dynamically at a global strain rate of 5·10² s⁻¹. Unlike the classical theory of incremental plasticity, that assumes the same constitutive relation for all elements, the surface/volume energy density theory derives the uniaxial constitutive equation for each element individually according to the local strain rate and strain rate history. Meterial elements are shown to undergo cooling and heating as a result of thermal/mechanical interaction. The equivalent uniaxial response for the traction boundary condition therefore differed from that of the displacement boundary condition considered in Part 1 [1] of this communication. Effective stress and effective strain variations for the local elements next to the applied load exhibited considerable softening after hardening while the plasticity solution increased monotonically. These differences are attributed to the neglect of dilatational and change in local strain rate effects in plasticity in addition to assuming that unloading is parallel to the load path. Damage of the material elements is also discussed in connection with the surface and volume energy density when they reach their respective critical values.     

基于线性互补模型的梯度塑性连续体无网格方法

对梯度塑性连续体提出了一个归结为线性互补问题的数值分析方法. 塑性乘子与位移均为主要未知变量,并采用基于移动最小二乘的无网格方法分别在积分点与节点上插值. 联立弱形式下的平衡方程与积分点上逐点满足的非局部本构方程和屈服准则可以导出一个线性互补问题,并通过Lexico-Lemke算法求解. 构造了一个基于N-R方法的迭代方案,使得不需要形成一致性切线刚度矩阵而仍保持二阶收敛性. 一维和二维的数值算例证明了所提出的方法处理由应变软化引起的应变局部化问题的有效性.