陶瓷材料动态压缩损伤本构模型

运用细观损伤力学理论,从动态压缩载荷下陶瓷材料内翼型裂纹的产生和扩展的损伤机理出发,建立了陶瓷材料的弹脆性动态损伤本构模型,给出相应的损伤演化方程.假设裂纹成核满足Weibull分布,讨论了成核分布参数、原始缺陷尺寸对材料动态断裂应力、断裂应变的影响,并用动态损伤演化模型计算了冲击载荷下AD90陶瓷的动态应力应变曲线,计算结果和实验结果符合很好.     

热超弹性薄板非对称拉伸的分岔和稳定性

本文应用超弹性材料的有限变形理论分析了在面内等双向拉伸死载荷作用下不可压热超弹性方形薄板发生非对称变形的分岔及其稳定性问题.给出了方板变形的分岔曲线和临界载荷,发现对受面内等双向拉伸载荷作用的均匀方板,当拉伸载荷值较小时,方板双向等伸长变形,发生对称的拉伸变形;但当此载荷值大于某一临界值时,从方板的对称拉伸变形中分岔出非对称的变形,方板在两个方向的变形不再相等.通过变形发生分岔前后的能量比较发现,分岔后的对称变形是不稳定的,而非对称变形是稳定的.同时,给出了板中的应力分布曲线,并由不同温度下变形的分岔曲线和应力分布曲线讨论了温度对方板变形和板中的应力分布的影响.     

血红细胞力学性能的纳米压痕实验和有限元模拟

采用纳米压痕技术和有限元方法研究了血红细胞的生物力学性能. 进行了血红细胞的纳米压痕实验, 得到了血红细胞的材料参数和变形形貌; 在实验基础上, 建立了血红细胞的三维有限元模型, 模拟了血红细胞的压痕载荷-位移曲线, 并考虑了参数效应. 数值模拟结果和实验数据符合很好. 通过改变压头与材料之间的摩擦系数和压头曲率半径等参数, 比较了载荷-位移曲线的变化情况. 研究表明摩擦系数对压痕载荷-位移曲线和应力分布影响很小, 而压头曲率对载荷-位移曲线的影响明显.     

应力梯度不均匀时平板表面裂纹的应力强度因子

本文采用考虑裂纹面上具有任意分布载荷的线弹簧模型,在Kirchhoff板弯曲理论的假设下,将含半椭圆型表面裂纹的平板问题化为一组耦合的积分方程组进行求解,对均匀拉伸和纯弯曲两种载荷作用下的应力强度因子数值解,同经典线弹簧模型和有限元解进行了比较,并给出了经典线弹簧模型不能得到的、裂纹面上承受幂次不均匀应力分布时应力强度因子的数值解.     

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.      

全长粘结化学植筋的载荷传递机理

运用弹性力学空间轴对称问题与剪切位移法的基本假定和解答方法,建立分析模型和界面应力基本方程,得到化学植筋的界面应力和植筋轴力的弹性解析解答,结合算例说明了界面应力的衰减曲线分布规律,提出载荷传递系数k并简要分析了它对载荷传递规律影响.     

正常及病态下静脉壁的力学特性分析

本文应用多束纤维加强超弹性复合材料应变能函数及厚壁圆筒模型,通过有限变形弹性理论研究了正常及病态下静脉壁在静脉压及轴向预拉伸作用下的变形和应力分布等力学特性,着重分析了静脉移植后自适应变化静脉壁在动脉压下的力学特性.首先利用超弹性材料厚壁圆筒模型得到了静脉壁在静脉压下的变形方程,给出了静脉压下静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了静脉壁的力学特性.给出了静脉移植后,正常和自适应变化静脉壁在动脉压下的变形和应力分布曲线,讨论了静脉移植后静脉壁的力学特性及其自适应性变化.然后给出了各种病态静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了材料参数的变化对静脉壁力学特性的影响规律.     

微薄梁三点弯曲的尺度效应研究

应用高灵敏度的力传感器以及时间序列电子散斑干涉法，同时测出了不同厚度纯镍薄片三点 弯曲试件的抗力与变形，得到薄梁中心点处的载荷与挠度曲线. 应用Fleck和Hutchinson 的偶应力理论，结合平面应变弯曲模型，建立了薄梁处于弹性状态和弹塑性状态的 控制方程, 应用Runge-Kutta法进行数值求解，并将计算得到的载荷-挠度曲线以及无量纲化弯矩-表面 应变曲线和实验结果进行了比较. 在理论计算过程中，没有拟合任何材料参数，所有的材料 参数均来自实验测量的结果，材料特征尺度也是根据Stolken和Evans的工作给出 的. 结果表明: 应用偶应力理论预测的结果和实验结果符合良好，而经典理论的预测结果与 实验不相符合.     

高分子材料的非线性拟断裂特性的计算

本文研究了高分子材料的非线性拟断裂特性。拟断裂分析的模型是一个具有中心银纹的矩形板,在拉伸应力场作用下。银纹内的取向纤维束在计算中用表面边界力来表示。这种表面应力与张开位移是非线性相关,所以应用非线性有限元进行分析。计算结果给出了银纹表面的应力分布、张开位移曲线和银纹顶点前沿的塑性场。与一般的断裂问题相比较,发现银纹顶点附近的应力分布并不存在奇异特性,要求的初始屈服载荷提高。在相同的载荷作用下,塑服区的尺寸也远比弹塑性断裂问题小得多。     

基于应变能法的单搭接螺栓剪切模型

为了简化复杂结构在冲击数值分析中的大量螺栓连接,可用等效的载荷位移模型代替复杂的螺栓连接关系,本文中针对单搭接螺栓连接在剪切载荷下建立了连接本构关系。首先通过对有预紧力的单搭接螺栓进行实验和精细有限元模拟,揭示了螺栓剪切载荷位移曲线的特征并针对不同特征阶段进行了相应的物理机理分析。在此基础上对于载荷位移曲线的界面黏结、部分滑移、整体滑移阶段提出了连接本构模型的基本形式和各阶段的参数估算方法。在部分滑移阶段考虑了4个方面的刚度贡献,其中部件对螺栓的支撑刚度是三维非轴对称变形问题,理论求解非常困难,本文中通过应力分布研究,采用应变能法解决了螺栓的支撑刚度的估算问题。提出的单搭接螺栓剪切模型物理含义明确,参数估算简单,准确度高。     

圆柱壳体的轴压蠕变屈曲

在蠕变分析中,本文提出了比应力-应变方法。利用相似性,一族等时应力-应变曲线可归结为一条无量纲的比应力-应变曲线和相应的等时模量与时间关系图。解出比应力值后,可以或是给定载荷确定临界时间或是给定时间导出可承受的载荷。分析了圆柱壳体的轴压蠕变屈曲。理论结果与已有的实验相符良好。     

冲击载荷作用下含裂纹高压埋地输气管道的安全性评定

落石是导致埋地输气管道破坏的主要载荷形式之一.在管道压力一定的情况下,首先建立了落石、土壤和高压埋地输气管道相互作用的力学模型,对在内压和落石冲击联合载荷作用下的高压埋地输气管道的动态响应进行了有限元分析.然后对含初始裂纹的情况基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT)获得了埋地输气管道的动态断裂参数.在落石质量一定的条件下,分别获得了无裂纹管道的峰值有效应力和含初始裂纹管道的动态断裂参数与落石冲击速度的关系曲线,并拟合出相应的函数关系.根据切线交点准则求出了落石的极限冲击速度.计算结果表明:初始裂纹的存在大大降低了埋地输气管道的极限承载能力.本工作提出的方法和结论对于高压埋地输气管道的安全运营和降低危险系数具有十分重要的意义.     

混凝土多尺度应力响应方程及其数值模拟

针对混凝土的多相多尺度材料组成特征及其复杂力学响应问题, 首先, 根据混凝土中各组成材料的几何特征, 将C-S-H凝胶、硬化水泥浆体、砂浆及混凝土细观组成分别视为纳观、微观、亚细观和细观尺度上的复合材料, 并利用颗粒空间堆积方法, 重构了混凝土各尺度复合材料的简化几何模型; 其次, 基于重构的几何模型和等效夹杂理论, 通过等效刚度的升阶计算和应力响应的降阶计算, 建立各尺度复合材料应力响应之间的过渡关系, 推导混凝土多尺度应力响应方程, 并编制相应的计算程序; 最后, 以单轴压缩载荷作用为例, 数值计算载荷作用下混凝土各尺度复合材料中的应力响应, 分析骨料空间位置和相互作用以及水化产物刚度、几何形状和空间取向对其应力响应的影响规律. 结果表明, 单轴压缩载荷作用下, 混凝土细观组成中的应力分布并不均匀; 骨料颗粒之间的距离影响到混凝土中的应力分布, 其有效影响范围约为骨料粒径的6倍; 水泥水化产物的刚度、几何形状和空间取向是影响其应力分布的重要因素, 刚度越大, 所受应力越大, 与载荷作用方向的夹角越小, 长椭球形水化产物沿载荷作用方向的应力越大, 扁椭球形水化产物与之相反.      

基于矩法的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法

通过对Weibull分布、正态分布、指数分布等常用概率模型函数的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命关系的分析,建立了应力疲劳寿命可靠性通用表达式.指出疲劳寿命服从各常用分布的可靠性公式都可看作应力疲劳寿命通用公式的特例.基于概率模型分布函数的矩法理论,提出了适用于5种常用概率模型分布的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法.应用基于矩法的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法,获得了42CrMo硬齿面齿轮轮齿弯曲疲劳试验寿命数据的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命曲线方程.     

热超弹性材料中的空穴生成问题

研究热超弹性材料中的空穴生成问题,讨论了温度对空穴生成的影响．球体的材料为考虑温度影响的不可压Gent-Thomas材料,或者说是一种与不可压Gent—Thomas材料对应的热超弹性材料,得到了在表面死载荷作用下球体中空穴生成时的分叉曲线及临界载荷,给出了球体中的应力分布,讨论了温度对临界载荷、分叉曲线和应力分布的影响。     

EFFECT OF STRESS-STRAIN CURVE OF MATERIAL ON SOLUTION OF PLANE-STRESS PROBLEMS WITH LARGE PLSTIC DEFORMATION

本文首先将以前所得到的关于两个轴对称塑性平面应力问题(薄圆环和旋转盘)的有关方程和计算结果作了一个简单的叙述.这些计算结果是根据两种不同硬化特性的材料和一种理想塑性材料的应力应变曲线在不同负荷下计算得到的.这些结果指出这三种不同材料的应力应变曲线和负荷对于这两个问题的主应力比值和比例应变的影响很小,而对于比例应力的影响则很大.之后,分析了二维的塑性平面应力问题的方程;这些方程考虑了大应变,但不包括体积力(body force).分析这些方程中的包括材料应力应变曲线项和载荷数项的结果,认为假若在边界上的主应力的比值和比例应变不变,则材料的应力应变曲线和载荷对于主应力比值和比例应变的分布的影响可能不大,而对于比例应力的影响则很大.这种边界条件在实际问题中的普通加减下,满足的可能想是很大的.薄圆环和旋转盘的边界条件及所得的结果和这分析的结果是完全一致的.从这些结果并可提出一个简单而相当准确的近似解,最后并将本文所得的结果和依留辛(Ильюшии)的理论——关于小应变下三维问题形变理论的应用条件——作了比较.     

集中载荷作用下正交复合材料板奇异应力场的焦散线模拟实验

本文利用焦散线理论和复合材料力学的弹性理论封闭解，对集中载荷作用下半无限正交复合材料板的奇异应力场进行了光力学可视化分析，系统地推导了奇异区域应力集中问题的焦散线及初始曲线参数方程，建立了应用集中载荷与焦散斑特征尺寸的相互依赖关系，并对不同类型正交复合材料在集中载荷作用下应力奇异区的焦散线与初始曲线进行了模拟，分析了集中载荷作用区域的应力奇异特征，并与实验结果进行了比较。     

复合材料补片加固钢板的粘接应力与失效模拟

在ANSYS有限元软件中建立三维有限元模型,对复合材料补片单面加固钢板进行数值模拟,使用内聚力单元模拟胶层脱粘和扩展过程,有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,弹性极限载荷和失效载荷的相对误差分别为9.6%和4.2%。计算得到了模型在拉伸载荷作用下的载荷-位移曲线、胶层剪应力和剥离应力分布情况以及补片x轴向应力分布情况。结果表明,胶层端部最先达到极限强度后出现开裂,脱粘从补片两端开始逐渐向中心扩展,且扩展过程是非对称的;当补片发生部分脱粘后,补片应力集中在未脱粘处,承载长度逐渐减小、承载能力逐渐降低。     

不可压缩组合球体的空穴和分叉

利用有限变形弹塑性理论和超弹性理论,研究了组合线性强化弹塑性-超弹性球体在径向拉伸死载荷作用下的空穴生成问题.确定了外载荷与空穴半径的函数关系,给出了空穴形成时应力的分布,讨论了材料硬化参数对外载荷和应力分布的影响.结果表明:空穴半径是以某有限值突然出现的,且存在着上界和下限;拉伸死载荷随着空穴半径的增大先减小再增大;径向应力在空穴处为零而环向应力则在空穴处形成应力集中,其实正是这种应力集中,导致了空穴的出现.本文的研究结论可以为橡胶材料的增韧技术提供一定的理论参考依据.     

横向磁场中细长压杆的分岔特性

在磁弹性非线性运动方程、物理方程、电动力学方程及洛仑兹力表达式的基础上,应用Lagrange描述法建立了横向磁场中两端铰支受压细长杆的非线性磁弹性动力学模型.通过对该模型的简化,分别讨论了静力学模型、线性动力学模型和含三次非线性项的动力学模型的分岔特性.最后通过数值计算,给出了横向磁场中受压细长杆的失稳临界载荷与相关参量之间的关系曲线,并对计算结果及其变化规律进行了分析讨论.