内蕴时间塑性理论及其新进展(续)

三、内蕴时间塑性理论的一些基本概念和本构方程本节首先分别从经典塑性理论与内时理论的基本观点出发,对Drucker在其奠基性论文[46]中用过的一维力学模型的塑性响应特性进行分析比较,以便用简洁的方式阐述内时理论的某些最基本的概念,并说明经典模型可作为内时模型的一种理想化情况而得到。接着评述广义时间在固体力学中引入的概况和笔者最近提出的耗散型材料本构方程的形式不变性定律。然后根据这一定律首先得到了Valanis(1971)提出的小变形小变温下内时弹塑性本构方程的显式。接着研究了塑性应变偏张量的欧几里得模作为内时测度定义时的内时本构方程的特性,特别是讨论了它与经典塑性理论之间的关系。然后引入了含弱奇异性的内时本构方程。最后讨论了Valanis与笔者最近提出的新型弹塑性内时本构方程。     

土的本构方程与热力学

介绍一种基于热力学理论建立土力学本构方程的一般性理论框架. 这一方法利用两个势 函数即自由能势函数和耗散势函数(或屈服函数)以及固定的过程和框架, 建立土的本 构方程. 简要介绍了建立热力学本构方程中所用到的热力学内变量理论, 利用Legendre变 换 建立了热力学势函数之间以及各耗散函数与屈服函数之间的关系;利用自由能势函 数和耗散势函数(或屈服函数)建立土的本构方程及其具体步骤. 最后讨论了土力学本构 方程研究的意义以及它和应用之间的关系.     

融化巧克力浆料流注特性的实验研究

对融化巧克力浆料进行了实验研究，揭示了其假塑性和触变性，并根据实验结果得到了融化巧克力浆料的全流变本构方程。     

融化巧克力浆料流变特性的实验研究

对融化巧克力浆料进行了实验研究，揭示了其假塑性和触变性．并根据实验结果得到了融化巧克力浆料的全流变本构方程．     

聚合物熔体的非仿射网络结构模型及其数值解

假设聚合物熔体的缠结网络形变是非仿射的，运用瞬态网络结构原理。并利用Liu提出的动态速率方程以及上随体Maxwell本构方程来建立一个适合于振动剪切作用下的聚合物熔全非仿射网络结构模型。利用这一模型来研究振动剪切作用下LDPE和HDPE熔体的流变行为。研究表明，在一种合理的初始简化条件下可以获得模型的数值解。将理论预测值与实验值进行比较后得知二者具有良好的吻合性，从而简化了模型的计算过程。同时，通过比较得知所建立的非仿射网络结构本构方程比仿射网络结构本构方程的精确度要高，而且在振动力场作用下。具有长支链的LDPE熔体有少量的非仿射网络形变，而没有长支链的HDPE熔体则有较多的非仿射网络形变。因此在建立振动力场作用下聚烯烃熔体本构方程时应充分考虑聚合物熔体网络的非仿射形变。     

立式瓦楞复合纸板的平面压缩本构模型

研究了立式瓦楞复合纸板静态和动态缓冲性能,提出其静态和动态本构模型。对A楞立式瓦楞复合纸板试样进行了静态压缩和动态冲击试验,得到其应力-应变曲线;提出立式瓦楞复合纸板静态本构方程,并利用静态压缩试验数据对静态本构方程进行了参数识别;研究应变率对本构方程的影响,进而提出动态本构方程,并通过动态冲击试验对动态本构方程进行了验证。结果表明:静态压缩和动态冲击试验中,立式瓦楞复合纸板的压缩过程均包括弹性阶段、屈服阶段、平台阶段、密实化阶段;静态本构模型的拟合误差为4.79%,动态本构模型的拟合误差为2.65%,都能较好地表示立式瓦楞复合纸板在压缩过程中的应力-应变情况。所提出的立式瓦楞复合纸板静态和动态本构模型为该新型材料的性能评价提供了理论支持,对其在缓冲包装中的推广应用具有重要参考价值。     

含瓦斯煤的内时本构关系及其参数的实验研究

根据含瓦斯煤的力学实验结果，采用内蕴时间塑性理论建立了含瓦斯煤的本构关系，给出了本构关系中材料参数的确定方法，并进行了实验验证。     

粘塑性金属材料蠕变实验及流变模型研究

对固体金属材料Lc4铝合金、TC11钛合金及优质碳素结构钢(20#、35#)在高温下进行了多组蠕变实验,对电沉积镍薄膜在常温下进行了多组加、卸载和蠕变实验,根据实验曲线,采用修正的Burgers流变模型来描述这些材料的蠕变行为,建立了积分型蠕变本构方程和微分型应力应变本构关系,确定了蠕变积分核函数,并对由蠕变方程推导的...     

变温粘弹性的一般理论

本文提出了变温松弛曲线的概念,建立了由材料的一组恒温松弛曲线确定材料沿任一温度历史的变温松弛曲线的方法;提出了终态温度等效松弛曲线的概念,推导出了变温下粘弹性材料本构方程的一般形式。文中证明了现有的热流变简单材料理论是本文理论的特例,并揭示了热流变简单材料理论的物理内涵。     

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。     

海相沉积软土蠕变BP神经网络本构模型

海相沉积软土具有很强的蠕变特性,传统分级构建蠕变本构模型方法不实用,且很难真正反映岩土流变的非线性特性。为此,本文引入具有超强非线性映射和容错能力的BP神经网络模型,通过改进BP算法,根据江门软土的室内直剪蠕变试验结果,建立了海相沉积软土BP神经网络蠕变本构模型,避免了传统方法为满足试验曲线变化规律和蠕变特性而需要建立复杂的本构数学表达式。最后,利用上海地区软土蠕变实验结果对本文提出的方法进行了验证,并对BP神经网络蠕变模型在描述软土流变方面的特点进行了讨论。结果表明,本文建模方法简单,并能很好地描述软土的非线性蠕变问题。     

基于扰动状态概念的结构性粘土本构模型研究

考虑结构性粘土的本构模型研究中存在的问题．引入了Desai C S的扰动状态概念,并对关键参数——扰动函数进行了扩展,增加了土体体积应变的影响,建立了结构性粘土的弹塑性扰动状态本构模型．最后通过三轴不排水剪切试验对模型进行了检验,结果表明该模型反映了上体的变形特征,说明在类似条件下能较好的满足工程实际的要求．     

K0超固结结构性黏土的本构模型

K₀固结黏土在自然界广泛分布, 其通常同时具有超固结性与天然结构性, 而K₀超固结性又与K₀正常固结性质存在很大差异. 为了有效的描述K₀超固结性质, 在结构性模型基础上, 做了如下三点改进, 使得原模型拓展为同时考虑K₀超固结特性与天然结构性影响的本构模型. (1)引入相对应力比来描述屈服面, 并引入初始各向异性转轴参量ξ来表达初始各向异性对屈服面在p-q空间的位置影响. (2)基于给定的屈服面方程, 推导得到变相应力比参量, 并将变相应力比引入到统一硬化参数中, 利用统一硬化参数可以有效描述初始各向异性固结黏土在剪切加载下的剪缩与剪胀, 应变硬化及软化现象. (3)引入反映结构性胶结强度性质的胶结参量p_e, 并给出p_e随塑性偏应变的衰减演化方程, 利用胶结参量可描述结构性黏土的剪胀特性. 预测与试验结果对比表明, 所提的K₀超固结结构性模型可有效描述K₀超固结黏土的刚度提高效应, 黏土的包辛格效应, 结构性黏土胶结强度的损失现象以及结构性黏土的应变软化现象. 证明了所提模型的适用性以及合理性.      

哑铃式聚合物分子模型流变学数值研究

本文介绍了求解哑铃式分子模型位形空间分布函数扩散方程的数值方法,以及用这种方法计算的若干分子模型的流变性质。在通常情况下,将这一方法与求解流动守恒方程的边界元法相结合,便有可能用一个得不到本构方程的分子模型去代替连续介质力学本构方程,来模拟聚合物流体的复杂流动。本文还讨论了这一方法某些令人感兴趣的特点。     

缝合式C/SiC复合材料非线性本构关系及断裂行为研究

C/SiC复合材料具有高比强度、高比模量和优良的热稳定性能等一系列优点, 广泛应用于航空航天领域中. 裂纹扩展进而引起的脆性断裂是其主要失效形式之一, 因而材料的断裂性能分析对材料的结构设计和应用有重要的指导意义. 本文开展了缝合式C/SiC复合材料简单力学试验和断裂试验, 研究了材料在不同载荷下的力学响应及断裂特征. 基于缝合式C/SiC复合材料简单力学试验, 建立了材料宏观非线性损伤本构方程, 并模拟了缝合式C/SiC复合材料单边切口梁和双悬臂梁的断裂行为. 本构方程采用简单函数描述了材料在复杂应力状态下的非线性应力-应变曲线, 并考虑了反向加载过程中造成的裂纹闭合. 基于商业有限元软件ABAQUS, 通过编写UMAT子程序实现非线性损伤本构方程, 采用单个单元验证了建立的本构方程的有效性. 在此基础上, 采用线弹性损伤本构和非线性损伤本构分别模拟了缝合式C/SiC复合材料单边切口梁和双悬臂梁的断裂行为. 采用非线性损伤本构方程模拟的力-位移曲线结果与试验结果更为吻合, 非线性损伤本构预测的失效载荷与试验失效载荷更为接近, 验证了所建立的非线性损伤本构方程的准确性, 为C/SiC复合材料断裂行为的研究提供了借鉴, 为缝合式C/SiC复合材料结构的设计和应用提供了理论基础.      

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。     

耦合蠕变损伤的Chaboche粘塑性模型的研究

Chaboche粘塑性统一本构模型由于没有包含损伤变量,在应力恒定时只能得到不变的塑性应变速率,因此不能描述蠕变第三阶段的加速过程.该文按照Lemaitre有效应力的概念,采用Kachanov损伤演化方程,推导了耦合损伤的Chaboche粘塑性流动方程和硬化方程,并链接到有限元软件ANSYS中,将之用于高温合金钢P91的蠕变寿命计算,结果表明耦合损伤模型的模拟值与实验数据基本吻合;为该模型描述蠕变损伤和疲劳交互作用奠定了基础.     

基于变形动力学模型的黏弹性材料本构关系

本文从分子运动学理论出发建立了表征材料粘弹性变形的内变量演变方程,从不可逆过程热力学的基本方程和该内变量演变方程导出了积分型线性粘弹性应力应变关系。     

非饱和结构性黄土本构模型的研究

本文在饱和土扰动概念基础上,提出了可以考虑外力和增湿两个扰动因素对非饱和土结构性影响的耦合扰动变量。根据复合材料均匀化理论的思想建立了适用于非饱和结构性黄土的本构模型,并给出了耦合扰动变量的演化方程。通过将BBM模型和本文模型的计算结果分别与已有的实验结果进行对比说明,本文模型能够更好地反映非饱和原状黄土的力学特性。通过对结构性参数β、α进行分析说明,所给出的耦合扰动变量的演化方程能够较好地描述土结构性随变形劣化的规律。     

饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究

针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零,以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题,基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比,其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响.在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型,该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应,应力区间效应和拉压差影响,同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响.基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发,对江西赣南崩岗土常规三轴压缩条件下力学特性作了模拟和试验结果对比,结果表明所提模型能很好地反映土体不同超固结比下的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性.并利用其模拟了饱和超固结黏性土在不排水和排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性.