计入膜力塑性耗散效应的矩形板塑性动力响应

从能量的观点在小挠度理论中引入表征膜力塑性耗散效应的修正因子,基于刚性板块的总体平衡给出矩形板大挠度塑性动力响应的完全运动方程组,分析了理想刚塑性简支和固支矩形板在矩形脉冲和冲击载荷下包括移行塑性铰相的完全大挠度响应过程。解决了当矩形板的挠度达到厚度量级时弯矩、膜力的联合作用问题,理论预报的结果在板的挠度为10倍板厚的量级与实验结果符合良好,改进了只考虑弯矩作用的小挠度理论结果和模态近似估计。     

置于液面上的刚塑性圆板大挠度动力响应分析

分析了置于无旋不可压理想流体流面上的简支刚塑性圆板受矩形脉冲载荷作用的大挠度动力响应，借助Ｈａｎｋｅｌ变换，将液－固耦合作用为在空气中的圆板塑性动力响应问题，进而求解弯矩和膜力联合作用的大挠度运动方程，得到了中载及高载下各相运动的完全解，并提供了数值算例。     

正多边形板的塑性动力响应小挠度分析和大挠度分析

本文基于刚性板块的总体平衡,建立运动方程,首次完整地分析了正多边形板的塑性动力响应,得到了周边简支或固支的正多边形板在均布矩形脉冲作用下的塑性动力响应小挠度解析解,并用膜力因子法作了大挠度理论分析。所得的结果包含了作为特例的正方形板、圆板等情形,具有广泛应用价值,同时具有理论上和数学上的意义。     

强脉冲载荷作用下结构塑性大变形的最大挠度直接预测

经过多年的研究,由中国学者提出和研发的膜力因子法和饱和分析方法已被证明是分析和预测冲击、爆炸等强动载荷作用下梁、板等结构件的塑性大变形行为的有力工具.在这两套理论工具相结合所获得的一系列最新成果的基础上,文章提出一种对梁和板在强脉冲作用下的最大挠度的直接预测方法.考虑了膜力和弯矩相互作用的准确屈服条件,同时假定位移场近似地按照与准静态破损机构相似的模态发生变化,该方法直接从膜力因子的表达式出发,依据外载作的功与塑性耗散相等的能量条件,只需要求解初等方程就可以简单明晰地得到梁和板在矩形脉冲作用下的最大挠度,极大地简化了数学推导.与同时考虑准确屈服条件和瞬态响应阶段的完全解以及具有上下界的模态解相比,这一方法能够同样准确但更简单地计入膜力对结构大变形承载能力的效应,为工程设计提供比完全解更简明、比模态解更精准的梁和板最大塑性变形的估算公式;再同改进的脉冲等效技术相结合,这种直接预测方法有望进一步拓展到更复杂的结构件,获得广泛的工程应用.     

考虑地基水平摩阻的Winkler地基上板模型解析

在Winkler地基模型基础上，采用板与地基之间的水平摩阻应力正比于板与地基接触点间水平位移假设，推演了包含板弯曲和轴向拉压效应的非线性地基板微分方程；应用摄动法分析竖向集中力作用下，板与地基水平摩阻应力对板内力（弯曲力、轴向力和剪应力）、位移（挠度、水平位移）的影响规律，实证了板与地基水平摩阻应力对板剪应力的非线性影响可以忽略不计，从而得到了轴对称条件下计入地基水平摩阻的Winkler地基上薄板的线性微分方程．随后通过汉克尔变换得到了轴对称无限大板的解析解，以及包含四项复宗量贝塞尔函数的轴对称圆形板的解析解，给出了板内力、位移的计算式；最后，通过算例分析了板与地基间水平摩阻状况对板挠度、截面弯矩的影响规律．结果表明：地基板挠度与弯矩随着板与地基间水平摩阻的增大而减少；当地基板水平摩阻参数大于0.01时，地基水平摩阻力对板挠度和弯矩影响有可能超过2%，应予考虑；无限大板作用圆形均布荷载时，水平摩阻的存在最大可使板最大挠度（即荷载圆中心点处挠度）下降约50%，板最大截面弯矩（即荷载圆中心点处弯矩）下降约70%.     

刚塑性圆板受水下爆炸载荷时的动力响应

分析了简支刚塑性圆板受水下爆炸载荷时的塑性动力响应。考虑到流固耦合作用，应用Taylor平板理论求水下爆炸压力，用刚塑性法分析了圆板的永久变形场，引入膜力因子考虑了圆板大变形时的膜力效应。计算结果同用ABAQUS程序的计算结果进行了比较，表明不考虑空泡时所得结果较精确。最后考察了流固耦合作用及空泡对结构响应的影响。     

热力联合作用下不同材料参数圆薄板的大挠度弯曲

采用由Berger方法和伽辽金方法导出的圆板大挠度弯曲的挠度解析解和ANSYS程序，对均布横向力和均匀温升作用下板中心挠度wc随温度升及横向力的变化规律进行了解析和有限元计算，讨论了板材弹性模量和热膨胀系数不同时，板中温度膜力NT和材料参数（弹性模量E，泊松比μ和热膨胀系数σ）的温度相关性对板大挠度弯曲变形的不同影响规律及温升与横向力联合对圆板大挠度弯曲的不同作用机制。     

结构刚塑性动力解的弹性补偿

近年来,我国学者以膜力因子法和饱和分析方法相结合为理论工具,对梁、板等结构件在脉冲载荷作用下的塑性大变形行为作了全面深入的研究,为脉冲加载下结构的最终挠度提供了优于历史上各种刚塑性近似解的最佳刚塑性预测公式。然而,由于实际工程应用中金属结构弹塑性动力响应的复杂性和数值模拟的局限性,与考虑材料弹性效应的结果相比,刚塑性解对脉冲加载下结构所预测的最终挠度的误差有多大,是一个亟待解决的关键问题。对这个问题的首阶段研究成果厘清了材料弹性对脉冲加载下结构塑性动态大变形的影响,定量评估了由最佳刚塑性理论解与弹塑性数值模拟得到的最终挠度预测结果之间的差异。在此基础上,提出了补偿弹性效应的策略和方法,即：在已有的最佳刚塑性解预测的挠度基础上添加一个补偿项,将补偿项表达为脉冲载荷强度的效应与结构自身刚度的效应分离的变量函数,并尽量减少待定系数/指数的数量,以求表达式的简洁;根据这些原则在金属结构的主要工程应用领域内选定结构刚度和外载参数的变化范围,对固支梁和固支方板的案例实施拟合与补偿,最后得到了对梁和板增添补偿项后的简单而实用的最终挠度预测公式,其相对误差在3%的范围之内,很适合工程设计应用。文末列表...     

铁磁矩形简支板的磁弹塑性弯曲行为分析

基于广义变分原理得到的磁力计算公式,采用塑性增量理论,Mises屈服准则和有效的增量有限元计算方法,研究了线性强化材料铁磁矩形板的磁弹塑性弯曲行为。在文中定量模拟了铁磁简支矩形板在外加磁场作用下的挠度特征曲线,铁磁板发生塑性变形时的构型图和不同外加磁场下的中截面构型,以及铁磁板在卸载后的残余挠度特征曲线等力学特征,分析了塑性区域随磁场增加而扩展的情况。数值结果表明:当铁磁矩形板上的部分区域发生塑性屈服后,其变形明显大于相同磁场条件下铁磁板发生的弹性变形值;且随着外加磁场倾角的增大(0°<α≤45°),铁磁板进入塑性屈服状态的临界屈服磁场值减小;铁磁板的中截面构形为双半波型,其塑性区域由铁磁板两侧挠度最大的区域向板的中心区域扩展,板的中心最后进入塑性区域等。     

弹性地基上无限大板的统一解

利用汉克尔变换法,推演得到了文克勒地基、双参数地基、弹性半空间体地基上无限大薄板,赖斯纳、汉盖、克罗姆等中厚板,在任意竖向荷载作用下的统一解;并给出了竖向轴对称荷载条件下的无限大板挠度、弯矩、剪力系数、地基反力系数的计算公式;最后,对圆形均布荷载作用下的不同地基和板模型的板挠度和弯矩进行了对比分析。结果表明:半空间体地基板与文克勒地基板的荷载圆中点的弯矩参数十分相近,但其荷载圆中点挠度系数较后者大1/3~1/2;中厚板理论对地基板挠度有更好地拟合和解析,但对板弯矩等内力的计算精度无改善。     

主应力轴旋转对软土塑性变形影响分析

在姜洪伟所提出的软土各向异性弹塑性本构关系基础上，考虑类似于砂土的Ｒ－旋转试验条件，计算了软土由于主应力轴旋转所产生的塑性变形，对不同中主应力比情况下的变形规律进行分析，解释忽略主应力轴旋转影响将使设计偏于不安全的原因。     

岩土材料塑性应变增量方向的确定

通过与金属材料的类比，分析了岩土材料的特征面(SMP面)的特性，提出了SMP面上的应力 决定岩土材料塑性应变增量流动方向的观点，并由此推导出计算公式. 通过增加一个材料参 数，还可以考虑存在黏聚力时的情况. 由该公式计算的塑性应变增量方向得到了 试验结果的验证. 该公式也在用变换应力修正的剑桥模型中得到应用，模型预测结果能够合理反映试验数据.     

椭球壳体液压成形的塑性变形规律的研究

采用大变形弹塑性有限元法对椭球壳体的液压成形过程进行了模拟，结果表明壳体成形时，各点塑性变形不是同时发生的，并对壳体塑性变形的扩展过程和点的加载轨迹进行了研究，证明了壳体在胀形时焊缝区受到弯曲作用的影响，同时还成形后的椭球壳体的壁厚分布及壳体尺寸进行了预测。     

岩石试件端面摩擦效应数值模拟研究

试件端面摩擦效应直接影响试件内的塑性等效应变、侧向位移的分布和单元应力应变曲线。本文运用ANSYS中的接触单元模拟了平面应变状态下端面摩擦效应对塑性等效应变、侧向位移和单元应力应变曲线的影响,得到了不同摩擦系数时塑性等效应变及侧向位移的渐进变化形式。当接触面摩擦较小时,塑性等效应变图案为上下两个X形网络,侧向位移上下分布均匀;当接触面摩擦增大时,塑性等效应变网络向中部靠拢并且明显增大,侧向位移上下分布不均匀,中部较上下端面位移大;当试件端面侧向位移被限制,即摩擦力很大时,塑性等效应变网络变为一个X形局部化带,侧向位移分布更加不均匀,中部明显隆起。     

THE ANALYSIS OF THE ENTIRE ELASTO-PLASTIC PROCESS OF A BEAM WITH ONE DEGREE OF INDETERMINACY UNDER A CONCENTRATED LOAD

对跨中集中载荷作用下一次超静定梁的弹塑性加载和变形全过程进行了分析。根据受力变形特点,集中载荷作用下一次超静定梁的加载过程可分为4 个阶段,分别是弹性阶段、固支端附近塑性变形区扩展阶段、固支端和集中载荷作用点附近塑性变形区双扩展阶段、固支端保持为塑性铰同时附近卸载而集中载荷作用点附近塑性变形区继续扩展直至形成第2 个塑性铰阶段。在弹性阶段,弯矩内力和挠度与外载荷是线性比例关系,在第2,3 两个阶段,弯矩和挠度与外载荷是复杂的非线性关系,在第4 阶段,弯矩与外载荷是线性关系但不是比例关系而挠度与外载荷是更为复杂的非线性关系。给出了全过程任意点的弯矩和挠度计算公式,可供结构设计参考应用。     

最小二乘法在薄板塑性动力响应中的应用

本文通过拉普拉斯变换,将最小二乘法应用于薄板的塑性动力响应问题。文中分别以承受均布冲击荷载(中载情形)的简支圆板和方板的塑性动力响应问题为例,说明本文方法的计算方法及步骤,并显示出本文方法的优越性。     

土剪胀性的应力路径相关规律及其模拟

建立能够反映土的变形和强度特性应力路径依存性的本构模型, 首先需要解决土剪胀规律的应力路径依存性问题. 对黏土和砂土剪胀性的应力路径依存性做了系统的分析和比较,模型预测与试验结果的比较表明: 剑桥模型和统一硬化模型在描述土的这一特性方面都有一定缺陷; 采用部分塑性体应变与塑性剪应变耦合的思路建立的渐近状态模型能够较好地反映土剪胀性的应力路径依存性.      

在冲击载荷作用下结构大变形的挠度估计

参照Martin和Ponter关于冲击载荷作用下塑性结构大变形的最终挠度的上限定理,从能量平衡的角度提出了一种在冲击载荷作用下结构挠度的估计方法。对刚塑性材料制成的圆板梁和圆环,给出了最终挠度的估计表达式,同已有的解作了比较,讨论了支承条件的影响,从而说明了这是一种在工程上十分实用的良好近似方法。     

预应变对中子辐照高纯铝拉伸性能的影响

金属材料的中子辐照硬化和脆化一直都是核能安全领域十分关注的重要问题之一. 为了进一步认识预应变对中子辐照金属材料塑性形变和最终断裂特性的影响规律, 及其微观机理, 本文研究了10%拉伸预应变高纯铝的拉伸应力-应变曲线、失稳应力和失稳应变等随辐照剂量的变化规律. 结果表明, 辐照剂量越高, 预应变高纯铝内部孔洞的尺寸和数密度越高, 导致屈服强度和极限拉伸强度越高, 均匀延伸率和失稳应变越小, 表现出典型的辐照硬化和脆化效应, 但失稳应力与辐照剂量几乎无关. 相同辐照剂量条件下, 预应变引入的高密度位错能够显著降低辐照孔洞的尺寸和数密度, 加之辐照退火效应的综合影响, 导致预应变能够降低高纯铝屈服强度的增长率和失稳应变的下降率, 从而表现出一定的抑制辐照硬化和脆化的能力, 预应变还能够提高高纯铝的失稳应力, 但整体而言预应变并不能提高高纯铝的延性. 最后, 基于J-C本构模型的中子辐照退火态金属材料的脆化模型能够直接应用于预应变金属材料, 且模型预测结果与实验结果吻合较好.      

论塑性旋率本构方程的必要性

在有限变形弹塑性理论中,本构方程通常是以率型形式给出的。因此,应变率的分解将是一个十分基本的问题。在当前,较为流行的是基于中间构形的应变率分解,而这其中最有影响的有 Lee,E.H.等人的工作和 Dafalias 等人的工作。然而,本文的研究表明,至少在某些特殊情况下,我们可以得到与微观子结构定向旋率的有关表达式。这就使给出塑性旋率本构方程变得不必要了。显然,本文的结果既不同于 Dafalias 的工作,也不同于 E.H.Lee等人的工作。前者需要通过塑性旋率的本构方程来确定微观子结构定向的旋率,而后者则需要作出附加的隐含假设来避免给出塑性旋率的本构方程。可以相信,本文工作将可能为有限弹塑性变形的本构理论提供一种新的途径。