树脂基复合材料粘弹性损伤本构及其实验测定

粘弹性是复合材料最重要的力学性能之一。基于Ｂｏｌｔｓｍａｎ迭加原理和Ｓｃｈａｐｅｒｙ非线性粘弹性理论，本文提出了一变量分离式粘弹性本构关系，且由Ｋａｃｈａｎｏｖ“连续性”概念，将损伤变量引入本构关系式中，按不同的加载速度和加载方向对正交玻璃布－环氧材料进行了加、卸载实验研究。根据Ｌｅｍａｉｔｒｅ和Ｃｈａｂｏｃｈｅ由宏观弹性常数变化确定损伤量的方法，测得材料的损伤并用一二次函数表示。通过对实验数据的一系列处理方法，确定了材料常数，验证了本文理论的有效性。实验表明，当纤维做为主要承力者时，无粘性产生，材料的损伤和总应变相关而与应变率无关，并得到强度值随应变率增加而升高，极限应变不随应变率变化的结论。     

变温下橡胶材料力学性能的实验分析

利用Zwick020材料试验机研究了天然橡胶材料在不同温度条件下单向拉伸的大变形力学行为。得到了不同温度和不同加载速率条件下材料的应力-应变关系曲线和材料的破坏条件,由此分析了高温和低温的温度变化条件及加载速率对材料力学性能的影响,得出天然橡胶材料在大变形条件下的温度和加载速率敏感特性。同时利用实验结果拟合出材料的应变能函数,并应用热超弹性模型对材料进行了理论分析。结果表明,理论分析结果与实验结果仅在一定温度范围内吻合得较好,因为材料软化或硬化,在很高或很低的温度情况下二者有一定差别。     

特种泡沫塑料的动态力学性能研究

通过大尺寸分离式Hopkinson压杆对特种泡沫塑料进行了高应变率冲击实验，完整地给出了该材料在高应变率下的动态应力应变曲线，并将结果和理论上的Eyring模型进行了比较，指出了这种材料在一定的应变率范围内，具有明显的应变率效应，同时从应力应变曲线的特点来看，这种材料又有良好的吸能特性，最后通过对实验数据的拟合，提出了便于工程应用的动态本构方程。     

一种散体材料SHPB被动围压试验体应力修正方法

本文利用有限元仿真给出了一种修正方法，并用数值仿真和试验验证了该方法的可靠性。研究表明:散体材料SHPB被动围压试验中，试样厚度远小于厚壁圆筒长度时，端部效应会导致厚壁圆筒不均匀凸出变形，计算材料的体应力-应变关系不能将厚壁圆筒应力状态简化为平面应力问题；厚壁圆筒处于弹性状态下，通过厚壁圆筒理论计算出的径向力与真实径向力存在一定比例关系，在一定范围内，折算系数与试样实时厚度呈二次函数关系。     

磁致伸缩材料的非线性本构关系

给出了磁致伸缩材料的两个非线性本构关系,即标准平方型和双曲正切型。在确定一维问题的本构系数时,基于已有的实验结果,引进一个材料函数,用来描述磁致伸缩材料的压磁系数随预应力变化的关系。将非 线性本构关系的理论模型计算结果与实验曲线对比,结果表明标准平方型本构关系在中低磁场下能精确地模拟实验曲线,而双曲正切型本构关系在高磁场时能反映材料的磁致应变饱和现象。讨论了在标准平方型本构的一般三维情形,给出了确定本构系数的方法。     

硬质聚氨酯泡沫塑料隔爆性能的研究

对四种不同密度的硬质聚氨酯泡沫塑料（简称ＲＰＵＦ）隔爆性能进行了研究。发现随着ＲＰＵＦ材料密度的增加，其被发雷管爆炸概率为５０％时的隔板厚度不断下降。对密度为０．０９１和０．３４５ｇ／ｃｍ３的ＲＰＵＦ材料作了静态压缩及动态冲击压缩试验（应变率为１０３ｓ－１）。结果表明此材料具有较好的吸能缓冲性能，并且在所研究的密度范围内，随着密度的增加，材料的吸能缓冲性能增加，隔爆性能也增强。     

类橡胶材料变形直到破坏的显式本构模型

本文通过直接、显式的方法提出一个多轴可压缩应变能弹性势来模拟类橡胶材料受载荷直到软化破坏的变形行为．首先，我们提出一个多轴可压缩应变能函数；其次，通过特定的不变量，该多轴应变能函数在单轴拉伸，平面应变和等双轴拉伸三个基准实验的情况下，可以退化为各自的单轴形函数形式；再次，我们显式给出带有软化破坏特性的形函数；最后，模型结果和试验数据可以精确匹配，同时可以预测材料临近破坏以后，接下来的变形行为．     

非常规态型近场动力学热黏塑性模型及其应用

在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics, NOSB-PD) 理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法, 并应用于金属类材料和构件在冲击载荷作用等工况下的高应变率热黏塑性变形与破坏分析. 通过对经典含初始裂纹Kalthoff-Winkler板冲击试验进行三维近场动力学模拟, 可得到裂纹的起裂角度、扩展路径、扩展速度以及裂纹扩展过程中靶板等效应力和温度分布, 所得结果与已有试验结果和其他数值方法结果吻合较好. 在此基础上, 应用该模型分析了不同冲击速度作用下金属靶板的变形与裂纹扩展过程, 结果表明: 该模型能较好地模拟不同冲击速度(应变率)情况下靶板的变形与破坏全过程. 随着冲击速度变化, 初始裂纹的起裂时间、扩展方向和扩展速度呈一定规律变化. 冲击速度越低, 起裂时间越晚(直至冲击速度低于某值时初始裂纹不扩展), 裂纹扩展速度峰值越低, 冲击过程中靶板温度峰值越低, 完全扩展所需时间越长.      

周期分布缺陷对韧性材料高应变率拉伸碎裂过程的影响

为研究初始缺陷对材料高应变率碎裂过程的影响,采用有限元方法模拟了具有周期性几何缺陷的韧性金属圆杆在高应变率拉伸过程中的碎裂现象。模拟结果表明:(1)与无初始缺陷的韧性杆件相比,具有一定幅值的初始缺陷的杆件在同等拉伸速度下发生断(碎)裂的时刻一般提前;(2)初始缺陷对碎片的尺寸和大小分布影响明显,在一定的应变率范围内,周期性缺陷完全控制了韧性材料碎裂过程中产生碎片的个数,可称这个碎裂过程为"缺陷控制碎裂";(3)改变初始缺陷的空间间距和幅值,出现"缺陷控制碎裂"的应变率窗口将发生明显变化。进一步讨论了具有2种幅值的复合缺陷对拉伸碎裂过程的影响。     

多孔硅橡胶有限变形的粘弹性行为

针对孔隙度较大（孔隙度大于50％）的硅橡胶材料在有限变形时的粘弹性行为，从建立描述材料粘弹性特征的松驰函数和变形特征的应变能函数出发，提出了适合多孔隙、可压硅橡胶材料的非线性粘弹性力学行为的本构关系，松驰函数和应变能函数可解耦为等容和体积变形两部分，并引入了拟时间的概念来反映变形对材料特征时间的影响，利用硅橡胶材料的单轴压缩松驰实验与材料模型进行了对比，讨论了多孔硅橡胶的等容变形和体积变形对应力松驰的影响。     

应变率及温度对FGH95粉末高温合金塑性变形性能影响的实验研究

在420℃～650℃的温度范围内,实验研究了FGH95粉末高温合金在应变率0．0001s^-1～0．01S^-1范围内的拉伸一断裂性能,分析了温度和应变率对该合金流动应力的影响,结果表明,应变率对杨氏模量、拉伸屈服强度和塑性模量的影响不是很大,随着应变速率的增大和温度的升高,合金的塑性流动应力有所提高,断裂强度和断裂韧性增强。并通过流动应力与应变、应变率和温度之间的函数关系,分别讨论了硬化指数咒、应变速率敏感系数m及应力相关系数K与温度ε和应变率;的函数关系。SEM断口分析表明FGH95合金是微缺陷敏感材料,在高温（420℃-650℃）应变率范围为10^-4s^-1～10^-1s^-1时的拉伸断裂都是韧性断裂。     

冲击加载下样品软回收过程中的侧向稀疏效应

通过数值模拟, 计算冲击加载下样品经历一维应变加载过程和侧向稀疏过程产生的塑性功, 给出试样内部从冲击加载开始到进入回收桶前全过程的应力随时间变化的历程。结果表明:侧向稀疏过程开始后,样品在径向汇聚波的作用下受循环拉、压载荷作用,拉压循环的振幅在中等冲击压力下达到最大。如果振幅超过了材料的层裂强度,样品中心将发生拉伸破坏不能完整回收。侧向稀疏与一维应变加载产生的塑性功之比随冲击速度的增加而减小。在冲击速度为某临界值时,侧向稀疏产生的塑性功与一维应变加载产生的塑性功相等。在一定的冲击速度下,采用低初始屈服应力的材料可减轻侧向稀疏效应。对理想塑性材料的理论分析表明,侧向稀疏与一维应变加载产生的塑性功之比随冲击速度与屈服强度比值的增大而减小,与数值模拟结果一致。     

PTFE/Al含能复合物的本构关系

室温下,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆获得了PTFE/Al含能复合物在应变率10-3~103s-1范围内的压缩应力应变曲线。通过对不同应变率下力学性能的分析,初步建立了材料基于Johnson-Cook塑性模型的压缩本构方程,考虑了材料的应变硬化效应和应变率效应。利用该方程进行的PTFE/Al弹丸侵彻钢靶板的数值模拟结果与实际情况较符合,验证了该方程的可靠性和合理性,对PTFE/Al材料的实际应用也具有一定的指导作用。     

非常规态型近场动力学热黏塑性模型及其应用

在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics,NOSB-PD)理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法,并应用于金属类材料和构件在冲击载荷作用等工况下的高应变率热黏塑性变形与破坏分析.通过对经典含初始裂纹Kalthoff-Winkler板冲击试验进行三维近场动力学模拟,可得到裂纹的起裂角度、扩展路径、扩展速度以及裂纹扩展过程中靶板等效应力和温度分布,所得结果与已有试验结果和其他数值方法结果吻合较好.在此基础上,应用该模型分析了不同冲击速度作用下金属靶板的变形与裂纹扩展过程,结果表明:该模型能较好地模拟不同冲击速度(应变率)情况下靶板的变形与破坏全过程.随着冲击速度变化,初始裂纹的起裂时间、扩展方向和扩展速度呈一定规律变化.冲击速度越低,起裂时间越晚(直至冲击速度低于某值时初始裂纹不扩展),裂纹扩展速度峰值越低,冲击过程中靶板温度峰值越低,完全扩展所需时间越长.     

基于混合数值法的功能梯度材料板瞬态热响应分析

采用混合数值法分析了功能梯度材料板中瞬态热响应问题．功能梯度材料板的材料特性沿板厚方向连续变化,在梯度板中心作用温度变化的热源,此热源沿板厚方向连续分布．得出了温度变化对梯度板的影响,观测点处的位移响应与应力变化随时间分布的曲线以及瞬态的位移响应．研究表明,温度变化对板的作用效果与外载作用对板的作用效果是相当的．此研究是对混合数值法的在热领域应用的延伸与开拓,对热响应问题的研究具有一定的指导意义．     

平面应变条件下孔洞化不稳定性问题研究

考虑平面应变条件下，由一类推广的幂次neo—Hookean材料组成的内部分布温度场的圆柱体在轴向和径向载荷作用下的孔洞化不稳定性问题，研究中发现当材料参数满足一定的条件时，存在着一个载荷临界值，当外加载荷大于该临界值时，圆柱体中心将出现一个圆柱形的孔洞，即发生了孔洞化不稳定性现象并详细讨论了温度和材料参数对孔洞化极限载荷的影响。     

材料在弹性/粘塑性状态下的本构方程

材料在一定的条件下应力应变曲线是应变速度的函数,这就是所谓材料的粘性变形性质。由实验观察到,对部分金属和非金属,材料的粘性变形只有当材料进入塑性状态以后才是基本的,并不可忽略,而当材料处于弹性状态时这种粘性变形是不显著的,可忽略不计。这种材料我们称为弹性/粘塑性材料。     

锡铅钎料粘塑性行为及其本构描述

随着航天事业的发展，航天电子产品使用环境变得越来越复杂苛刻，对焊点可靠性要求日益提高，因此，研究焊点材料服役环境下的本构关系对于分析焊点性能、准确预测焊点可靠性具有重要意义．本文分析锡铅钎料Sn63Pb37在-45~150 ℃温度范围内和10-5~10-3/s应变率范围内的粘塑性行为，在此基础上，建立了修正的Anand本构模型．通过构建材料参数与温度的函数关系，提升Anand本构模型在不同环境温度尤其是低温环境下对材料应力-应变关系的预测能力，为航天电子产品可靠性设计提供技术支撑．     

基于十四面体模型的闭孔泡沫材料动态力学性能的有限元分析

应用有限元方法分析了基于十四面体模型的三维闭孔泡沫材料的动态力学性能。计算中所有十四面体具有相同的尺寸,主要研究了不同初始冲击速度、不同相对密度以及组成泡沫的机体材料的应变强化对泡沫材料的变形模态、平台力及密实化应变能的影响,尽可能全面地描述了泡沫材料的能量吸收特性。数值结果表明:冲击速度对泡沫模型的模态影响较大,特别受到高速冲击时,冲击端泡沫形成I形然后向支撑端传播;相对密度对能量吸收能力的贡献较大,密实化应变能随相对密度呈二次曲线变化;冲击速度、相对密度及机体材料的应变强化分别与坪应力呈线性关系。     

刚度微分法计算压电材料平面断裂问题

把计算应变能释放率的刚度微分法推广到压电材料平面断裂问题．在此基础上，利用压电材料平面断裂问题的有限元数值解作为真实场，用Ｓｏｓａ的平面问题裂端渐近解作为辅助场，由推广的交互Ｍ积分法求得了应力强度因子ＫＩ，ＫＩＩ和电位移强度因子ＫＩＶ．算例表明，计算结果与理论解符合得很好