三维非均匀脆性材料破坏过程的数值模拟

采用有限元方法模拟了三维均匀固体材料在宏观等效力学性质和破坏过程。首先采用格形（lattice）方法把试件离散成三维均匀网格,在每个单元格中将材料按照均匀处理,根据给定的统计规则来确定不同单元格中的材料常数以反映材料的非均匀性。然后对非均匀脆性材料选用简单的本构关系与断裂准则,采用自适应选取载荷步长对试件进行加载,通过非平衡迭代技术对刚度矩阵进行不断修正,实现了非均匀脆性材料的弹性行为及破坏过程的数值模拟。在此基础上,通过数值计算研究了材料的非均匀分布对宏观等效力学性质和破坏过程的影响,给出了破坏全过程的非线性载荷－位移曲线以及不同载荷阶段的三维损伤破坏的演化图。     

加筋材料的格形模型和统计数值方法

本文采用格形化方法和统计技术建立加筋复合材料有限元力学模型，使用自动选取载荷步长方法和非平衡迭代技术，对加筋复合材料的宏观等效模量和破坏全过程进行了数值模拟，分析了材料分布的非均匀程度，相对体积比和横截面加筋分布方式对加筋复合材料整体宏观等效模量和承载力的影响。     

混凝土材料宏观力学特性分析的细观单元等效化模型

提出了一种混凝土材料宏观力学特性分析的新方法—细观单元等效化模型。该方法从描述混凝土材料的细观尺度入手,采用Monte Carlo法生成由骨料颗粒及砂浆基质组成的混凝土试件的随机骨料模型;然后,依据混凝土材料特征单元尺度来剖分有限元网格并投影到建立的随机骨料模型上,各细观单元的有效力学特性则采用复合材料等效化方法来确定。本文方法体现了材料非线性宏观力学特性源于其内在的不均匀性这一认识,而对不均匀性的描述则是以网格剖分是否影响其宏观力学特性为准则。因此,本文方法较其他细观力学方法最大的优点在于极大地减小了体系自由度数目（特别是对于三维问题）,从而提高了计算效率。算例分析初步验证了本文方法的高效性。     

梯度多孔材料单轴压缩弹塑性变形的宏微观数值分析

针对闭孔的密度梯度多孔材料,建立含球形孔洞的三维数值分析模型,研究其单轴压缩力学行为。首先,研究密度梯度对多孔材料宏观力学行为(如弹性模量和屈服强度)的影响;其次,研究密度梯度与材料局部力学性能的关系,得到了沿梯度方向弹性模量和屈服强度的分布规律;最后,讨论梯度多孔材料单轴压缩变形局部化机制。结果表明:当梯度材料与均质材料的总体相对密度相同时,梯度材料的宏观弹性模量和屈服强度均低于均质材料水平,其宏观应力-应变关系曲线降低;梯度多孔材料沿梯度方向的力学性能发生急剧变化,等效弹性模量沿梯度方向呈线性分布,屈服强度呈非线性曲线分布,导致沿梯度方向应力、应变呈现高度的不均匀性;多孔材料的变形局部化产生于孔隙率较大的薄弱位置,再逐渐向孔隙率较小的位置发展。由此可知,孔隙率的梯度变化影响多孔材料的力学性能,通过改变孔隙率的分布可实现材料预期的力学性质。     

基于细观力学方法的混凝土热膨胀系数预测

建立混凝土材料的有效性质与微结构参数之间的关系,是混凝土材料优化设计的基础。本文用细观力学方法对复合材料宏观有效热膨胀系数进行研究,得到了含有一球形夹杂物的无限大介质在均匀变温作用下的应力场。假定混凝土为由骨料和砂浆基质组成的二相复合材料,根据混凝土宏观体积热膨胀量与组成混凝土的各相介质细观体积热膨胀量相等的原则,采用基于Mori-Tanaka方法的混凝土宏观有效剪切模量,推导出混凝土有效热膨胀系数的解答。对稀疏解法、自洽方法和有限单元数值试验结果的比较说明,本文提出的基于自洽方法的混凝土宏观有效热膨胀系数的理论公式能够较好的描述混凝土的热学特性,该方法可以推广到多相复合材料宏观有效热膨胀系数的预测中。     

受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟

采用三维材料破坏过程分析MFPA3D系统,对钢筋混凝土构件轴心受拉条件下的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏全过程进行了数值试验研究。数值模型中引入统计分布函数反映了混凝土的非均匀性影响,并采用具有残余强度的弹性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,利用位移加载方式对钢筋混凝土构件实施拉伸加载。通过对钢筋、素混凝土方形体以及钢筋混凝土方形柱体构件在拉伸作用下破坏过程的数值试验,分析了钢筋与混凝土两种材料之间的相互作用、约束机理和破坏机理。数值试验成果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律和钢筋在开裂前后对整体钢筋混凝土结构的作用机制有参考价值。     

基于Haar小波方法的功能梯度材料矩形板三维力学分析

利用Haar小波方法对任意材料梯度分布的四边简支功能梯度材料矩形板进行了三维力学分析.由于小波方法在求解局部奇异性问题上的优越性,对于任意材料梯度变化,甚至材料性质存在局部剧烈变化的情况,各分量的Haar小波级数解都有较好的收敛性.通过算例得到了矩形板在机械荷载作用下,平板上下表面材料性质差异以及材料不同梯度形式对其结构响应的影响.     

金属基复合材料单向和循环变形行为的数值模拟研究

利用晶体细观力学模型，依据组元材料的单晶体变形性质，以Ａｌ－Ａｌ２Ｃｕ自生复合材料为模型材料，用数值法模拟其拉伸和循环拉伸变形过程，得到了与有关实验结果相符的应力－应变曲线，研究了增强相间距和循环加载过程对复合材料变形行为的影响，通过考虑变形过程中组元相及其界面的应力分布规律，分析研究了循环变形过程中基体Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应对于复合材料微观变形与损伤机制的作用，结果表明，晶体细观力学模拟计算     

一个描述脆性材料非线性行为的损伤力学模型

提出了一个分析和描述脆性材料各向异性损伤的宏观力学模型。在小变型的情况下，利用损伤面和损伤势的概念以及材料性能和材料受损后的弹性响应取决于损伤变量而与加载路径无关的假设，文中导出材料弹性损伤的一般本构关系及联系材料系数与损伤面和损伤势的表达式。当损伤面和损伤势的构造确定后，建立了损伤变量的演变方程和材料性能的变化规律。文中以两种具体材料为例说明该理论模型的应用．     

岩石紧凑拉伸断裂过程及其尺寸效应的三维数值模拟

采用最近开发的三维岩石破裂过程分析软件RFPA3D模拟单边裂纹紧凑拉伸断裂过程。试验中五个不同尺寸的岩样具有相同的力学性质参数分布,模拟结果得到了裂纹扩展中的应力场、位移场和声发射的空间分布以及单边裂纹扩展贯通的过程。单边裂纹拉伸断裂的路径是一个复杂的空间三维曲面,三维裂纹比二维裂纹更为复杂。分析了岩石试样的峰值强度和试样尺寸之间的关系。随着岩样尺寸的增加,峰值强度逐渐减小,并且延性破坏特征更加明显,模拟结果满足岩石的尺寸效应规律。最后模拟了三组不同均匀性的试样拉伸破坏过程,结果表明细观上的非均匀性对岩石尺寸效应有很大影响,随着非均匀性的增加,岩石宏观强度随之提高,即使在均匀材料中一样存在尺寸效应。     

CONSTRUCTION OF GOLD COURSE OF MATERIALS MECHANICS IN PROVINCIAL UNIVERSITIES UNDER THE BACKGROUND OF EMERGING ENGINEERING EDUCATION 1)

大学课程中的"金"和"水"之争议成为热点,地方高校的材料力学课程亦面临此问题。为适应新工科建设和地方高校转型升级需求,重组材料力学知识模块,利用多维度素材建设、"教与学"模式转变以及多指标综合评价等手段,建立一套教书与育人、课内与课外、理论与实践、教学与科研、设计与竞赛相结合的"教学相长、内外联动、上下融合、虚实结合"的材料力学金课,以此激发学生的学习动力和专业志趣,实践效果良好。     

自然复合材料的强韧化机理和仿生复合材料的研究

本文评述了一个新的研究方向─—自然复合材料强韧化的细观机理及其仿生复合材料的研究。着重考察了木、人骨、贝壳珍珠层、昆虫外骨骼及翅等自然复合材料的研究现状，基于这些研究，部分仿生材料已被设计和制造出来并达到商用程度．复合材料在细观层次的仿生，是将对复合材料及其结构设计产生潜在冲击的重要发展方向．     

SIMPLE MEASUREMENT OF RESTITUTION COEFFICIENT OF IRREGULAR PARTICLES

Restitution is an important physical and mechanical property of granular materials. However, measuring its values in instantaneous collisions between particles is very difficult, especially for ore particles of irregular shapes. In this paper, restitution is measured indirectly and statistically with two cameras recording from different angles the trajectories of the ore particles rebounding from a steel plate. The momenta of the particles prior to and after the collision are calculated from the trajectories to give the restitutions of these collisions. The restitution between ore particles is then derived from the restitution of a steel ball with the steel plate measured in the same way. The approach has been proved to be practical and reliable for a variety of ore particles with moderate restitutions.     

多孔硬脆性材料的SHPB实验技术

以SHPB实验技术中一维假定和应力均匀假定为基础, 针对多孔硬脆性材料 的力学特性, 分析了利用传统SHPB装置在实验研究中存在的问题, 并从入射杆和透射杆的选 取、传感器的选取、试件参数的确定、入射波形的确定和数据处理方法的选取等方面总结了 克服这些问题的技术和方法.     

A STUDY OF J-INTEGRAL OF THE ORTHOTROPIC COMPOSITE MATERIAL

ＡＳＴＵＤＹＯＦＪ－ＩＮＴＥＧＲＡＬＯＦＴＨＥＯＲＴＨＯＴＲＯＰＩＣＣＯＭＰＯＳＩＴＥＭＡＴＥＲＩＡＬＷａｎｇＡｉ－ｑｉｎ（王蔼勤）；ＦｅｎｇＢａｏ－ｌｉａｎ（冯宝莲）；ＹａｎｇＷｅｉ－ｙａｎｇ（杨维阳）（ＴａｉｙｕａｎＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ．...     

材料沿厚度方向的非线性对复合材料层板分层的影响

基于修正的Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ非线性本构关系,用准三维有限单元分析了由层间应力引起的材料沿厚度方向的非线性对复合材料层板分层后屈及能量释放率的影响,结果表明材料非线性对能量释放率的影响与后屈曲形态密切相关,其中对Ⅱ型分层能量释放率的影响较大,而分层尖端应力场降低,局部变形增大。     

含脱层层合板的能量释放率各型分量分析

本文是文献［１］的继续。文献［１］利用可动边界变分问题，导出了层合板内部脱层前缘各点处的总能量释放的表达式。在此基础上，本文对文献［１］的分析模型作了进一步的完善，导出了层板理论分析下的能量释放率各型分量的表达式，并对圆形脱层进行了计算分析。     

功能梯度压电夹层结构中SH波的传播

研究了功能梯度压电上、下半空间和均匀压电层组成的夹层结构中SH波的传播性能,上、下功能梯度半空间的材料性能沿垂直于界面方向以指数函数形式变化。首先推导了SH传播时电弹场的解析解,然后利用界面条件得到了行列式形式的频散方程。基于推导的频散方程,通过数值算例表明了材料性能梯度变化、压电层厚度和材料组合方式对相速度的影响,结果对功能梯度压电材料在声波器件中的应用有参考价值。     

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通过实验方法研究了加入TiO2纳米颗粒的相变悬浮液流变特性. 研究表明，加入纳米颗 粒的相变悬浮液仍可被视为牛顿流体，温度对悬浮液的黏性系数有显著影响，其黏性系数随 温度变化的趋势与基液一致. 悬浮液的黏性随纳米颗粒浓度增加以非线性方式增加，当纳米 颗粒的质量浓度为5{\%}时，黏性的增量大约为23%.