冲击作用下凝聚态含能材料热点形成热－机械分析

应用动力有限元方法分析含能材料中热点形成机理。在假定凝聚态含能材料为可压缩的情况下，研究圆形和椭圆形微孔洞附近介质在冲击作用下热－机械响应过程，结果显示冲击波强度、空隙率、微孔洞尺寸和形状、熔点对热点温升有强烈影响，并讨论粘塑性功和固相压缩成为主要机制的条件。     

冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟

为了探讨非均质炸药在冲击作用下的细观响应特性,分别对以HMX为基的PBX塑料粘接炸药和含孔洞的HMX炸药在活塞推动下热点的形成过程进行了3维离散元模拟(未考虑化学反应)。结果表明,塑料粘接炸药中的热点集中在炸药晶体与粘结剂的结合部,晶体温升低于粘结剂,且晶体边界温升高于内部。对于含孔洞炸药,热点温度与孔洞的尺寸和形状有关,大孔洞塌缩形成的热点温度高于小孔洞塌缩形成的热点温度,球形孔洞塌缩形成的热点温度高于立方体孔洞塌缩得到的热点温度。     

含氦泡辐照老化材料层裂损伤计算方法分析

辐照条件下，一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷，氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质，而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合，但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用，当初始孔洞数密度达到一定临界值时，材料内部没有新的孔洞成核，因此，层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文中基于损伤早期演化的特征，给出了这一临界值的计算方法，并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时，在完善孔洞增长(void growth, VG)层裂损伤模型中参数的确定方法的基础上，借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果，对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大的情况下，当氦泡浓度低于临界氦泡浓度时，需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响；反之，可以采用简单的层裂损伤模型，不需要计算孔洞成核，但由于增长孔洞之间的相互影响，损伤模型的初始损伤参数需要重新确定。     

基体微尺度效应对弹塑性多孔洞材料本构势及孔洞长大的影响

基于尺度相关的应变梯度塑性SG理论，对含孔洞的球形体胞模型进行了解析分析，得到了在基体梯度塑性环境下球形孔洞的演化规律，给出了弹塑性孔洞材料的宏观屈服面方程．与现有的基于尺度无关塑性理论的Curson模型相比，该模型考虑了基体材料的特征长度l与孔洞半径α之比λ(λ＝l／α)对多孔材料宏观屈服面和孔洞演化规律的影响．当不计基体材料的塑性梯度效应和硬化效应时，该模型能退化到经典的Curson模型．     

单晶与纳米多晶锡层裂的分子动力学研究

低熔点金属的层裂是目前延性金属动态断裂的基础科学问题之一。采用非平衡态分子动力学方法模拟了冲击压力在13.5～61.0 GPa下单晶和纳米多晶锡的经典层裂和微层裂过程。研究结果表明：在加载阶段，冲击速度不影响单晶模型中的波形演化规律，但影响纳米多晶模型中的波形演化规律，其中经典层裂中晶界滑移是影响应力波前沿宽度的重要因素；在单晶模型中，经典层裂和微层裂中孔洞成核位置位于高势能处；在纳米多晶模型中，经典层裂中的孔洞多在晶界（含三晶界交界处）处成核，并沿晶定向长大，产生沿晶断裂，而微层裂中孔洞在晶界和晶粒内部成核，导致沿晶断裂、晶内断裂和穿晶断裂；孔洞体积分数呈现指数增长，相同冲击速度下单晶和纳米多晶Sn孔洞体积分数变化规律一致；经典层裂中孔洞体积分数曲线的两个转折点分别表示孔洞成核与长大的过渡和材料从损伤到断裂的灾变性转变。     

微孔洞生长对板材拉伸过程中变形局部化的影响

本文在作者提出的含孔洞材料下限本构方程的基础上，采用了初始缺陷带模型对微孔洞生长及分布对板材拉伸过程中变形局部影响进行了，分析着重研究了细观损演化规律对变形局部化模式及临界应变的影响，并成功预测了ＡＩＳＩ４３４０钢板材拉伸试件变形局部化换稳为及失稳方向。     

关于非线性基体中Eshelby等效夹杂方法适用性的讨论

本文是对１９９３年力学学报第２５卷第５期“刚性微粒填充的高聚物非线性粘弹性本构关系的微力学分析”的讨论，以远场球对称应力作用下非线性基体中含单个球形刚性粒子或单个球形孔洞为例，给出了问题的精确解．分析表明，关于材料线性的Ｅｓｈｅｌｂｙ等效夹杂方法不能简单地推广应用于研究非线性基体中含刚性粒子或孔洞的力学分析中．     

单轴压缩下微纳晶镍的孔洞演化模型

在含孔隙微纳晶材料受单轴压缩载荷下的大塑性变形中,由于孔洞与基体变形的不匹配,在孔洞周围将产生大量的几何必需位错,本文假设这些位错均匀地从孔洞表面向其内部发射,促使孔洞周围先产生局部非均匀变形,从而导致微纳晶镍试样内孔隙率的变化。基于这种假设本文首先建立了单轴压缩载荷下孔洞的演化发展模型,并用此模型预测了孔隙率的变化,将其与实验测定值进行了比较,结果表明孔洞演化发展模型具有一定合理性。在此基础上,讨论了固定孔隙率和演化发展的孔隙率对不同晶粒尺寸和不同应变速率下的纳晶镍试样力学行为的影响。     

冲击载荷下炸药装药动态响应的有限元分析及热点形成机理的数值模拟

对稳态温度场中受冲击载荷作用的炸药药柱进行了弹粘塑性分析。在Ｐｅｒｚｙｎａ本 构模型的基础上，作了适当的补充和修正，将流动参数、弹性模量Ｅ均视为温度的函数，动态 有限元计算结果表明，计算曲线和实验曲线有很好的近似。为模拟材料中不均匀性的影响，在 药柱中心引入一孔洞，有限元计算结果给出含孔洞药柱的粘塑性动态响应、药柱网格变形图以 及药柱等温线，可以清楚看出在孔洞附近区域有局部高温产生。本文的本构模型和计算方法对 于研究冲击载荷下炸药装药的力学响应以及炸药装药中热点形成机理的数值模拟提供了良好 的基础。     

冲击载荷下炸药装药动态响应的有限元分析及热点形成机理的数值模拟

对稳态温度场中受冲击载荷作用的炸药药柱进行了弹粘塑性分析。在Ｐｅｒｚｙｎａ本 构模型的基础上，作了适当的补充和修正，将流动参数γ、弹性模量Ｅ均视为温度的函数，动态 有限元计算结果表明，计算曲线和实验曲线有很好的近似。为模拟材料中不均匀性的影响，在 药柱中心引入一孔洞，有限元计算结果给出含孔洞药柱的粘塑性动态响应、药柱网格变形图以 及药柱等温线，可以清楚看出在孔洞附近区域有局部高温产生。本文的本构模型和计算方法对 于研究冲击载荷下炸药装药的力学响应以及炸药装药中热点形成机理的数值模拟提供了良好 的基础。     

多轴载荷作用下马氏体耐热钢中微孔洞演化行为的模拟研究

微孔洞演化包括孔洞成核、生长和聚合三个阶段，是影响金属材料韧性断裂的重要因素.为了分析P91马氏体耐热钢中的塑性滑移对微观孔洞扩展的影响，论文提出了一种基于晶体塑性有限元的微观力学计算模型，量化了应力三轴度、洛德参数和晶体取向对微孔洞演化行为的影响.结果表明，在相对较高应力三轴度条件下，随着应力三轴度的增大，含孔洞马氏体块的等效应力-应变响应呈现出快速软化的特征，同时孔洞体积分数随着等效应变的增加而快速增加.对于给定的应力三轴度，胞元的聚合应变在[111]取向时最小，在[110]取向时最大.孔洞聚合开始时，低应力三轴度下孔洞形状趋向于椭球状，而较高应力三轴度时孔洞横向略鼓.在一定的应力三轴度和洛德参数范围内，在孔洞聚合和孔洞坍塌两种胞元失效状态之间存在着一个条带状过渡状态，在[100]晶体取向时，当洛德参数L=-1时条带最宽.论文揭示了P91马氏体耐热钢中微孔洞演化的基本机制，分析了晶体取向、应力三轴度和洛德参数对微孔洞演化的影响.这些发现为P91马氏体耐热钢的韧性损伤模型的进一步发展提供了微观理论基础.     

微孔洞唯象损伤力学模型及其应用

基于微损伤发展的NAG(nucleation and growth)模型,从唯相角度,得到了一种微孔洞损伤演化方程。在考虑损伤软化和温度软化的基础上得到了材料含损伤本构关系。将损伤演化方程和材料本构关系引入ABAQUS有限元软件对D6AC和921两种钢板撞击层裂问题进行数值模拟。模拟结果与实验结果吻合。     

延性材料动态损伤演化模型研究

从微损伤系统的统计描述出发，应用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论的物理思想，考虑了微孔洞间的相互作用，建立了延性材料动态损伤的统计演化模型。结果能够描述材料在外载作用下的损伤弱化效应。还分析了材料变形中的两种不同的耗散机制，考虑了含损伤的本构关系。将上述模型用于几种材料的层裂过程数值模拟，并与实验结果作了初步比较。     

影响三维编织CMC断裂性能的孔洞问题

在气相沉积三维编织陶瓷基复合材料(CMC)的编织结构中，孔洞的存在在所难免。研究孔洞对断裂性能的影响必须面对孔洞带来的问题。过去研究孔洞问题的工作主要集中在等效模量和强度上，并取得了一些理论成果。然而，除了微裂纹、纤维和偏转增韧等的研究外，很少有关于孔洞对断裂性能的文献报道。因此这里探讨一下孔洞对断裂的影响问题。通常研究者认为孔洞能够通过两种途径增韧材料的断裂韧性：即裂尖的钝化和材料柔性增加。前者只能够定性地认识和分析裂尖形貌的增韧效果(本文不涉及此内容)；后者可以做一些定量的分析。基于此，首先研究了孔洞的形态与分布，并给出了孔洞模型。其次用两次等效的工程方法均匀化材料的有效弹性模量，并且和实验相比较，其结果令人满意。接着又分析了应力强度因子K及K控制区随孔洞体积分量的变化规律。最后引用能量释放率G用图的形式表述了孔洞的增韧效果。显然图中的结论表明，孔洞的增韧效果并不理想。     

高应变率下延性多孔介质中孔洞的动态演化

本文提出了一个新的材料延性动态损伤模型，模型中不但包括了率效应，同时还考虑了惯性效应，孔洞表面能变化和材料硬化对孔洞演化的影响。此外，在模型中同时考虑了体应力和偏应力对孔洞演化的作用，从孔洞演化方程地接到了孔洞增长和压缩应力临界表达式，Ｃａｒｒｏｌｌ和Ｈｏｌｔ结果作为该表达式的一个特例而得出，模型的数值分析得出以下结论：①延性孔洞的动太增长对率效应十分敏感，应变率越高，孔洞增长越快；②惯性效应在主     

不同应力三维度条件下孔洞的演变及修正的Gurson模型

本文对含不同形状孔洞的幂硬化材料的圆柱体胞模型，运用控制宏观应力三维工的方法进行了有限元分析。计算结果表明：１．孔洞初始形状，应力三维度对孔洞的长大有重要影响；２．Ｇｕｓｏｎ模型对孔洞长大规律的描述是不准确的，不准确度与孔洞初始形状，应力三维度有关，修正后的Ｇｕｒｓｏｎ模型与有限元结果吻合较好；３．在低应力三维度区，孔洞以及形状改变为主，在高应力三维度区，孔洞以扩张为主；     

微孔洞型的分形断裂理论初探

初步研究并提出微孔洞型的分形断裂理论，建立了主裂纹与微孔洞汇合的分形模型，并以此为基础确定了分维Ｄ与连接区厚度Δ和孔洞平均半径ｒ之间的关系，推导了微孔洞与主裂纹连接的能量准则，讨论了分维与断裂韧性之间的关系。     

强动载作用下孔洞汇合对延性金属层裂损伤演化过程的影响

针对强动载作用下延性金属的层裂问题,在分析孔洞之间几何关联的基础上,定义了一个新的耦合损伤及孔洞几何信息的孔洞汇合判定方法,同时,基于能量守恒原理,解析了孔洞汇合对损伤快速增长影响的物理机理.通过分析数值计算结果和对比相关文献的实验可知:孔洞汇合后不仅引起损伤增长,而且导致了损伤材料内部微孔洞数目的减少、孔洞平均尺寸的增加。     

基于M积分的脆性材料微缺陷等效损伤面积/体积表征

随着脆性材料在工程中的广泛应用,对脆性材料中微缺陷进行统一的损伤水平标定,具有重要的科学研究和工程应用价值.本研究提出一种基于M积分的材料等效损伤面积/体积标定方法,以具有相同M积分值的圆孔面积或球孔体积来标定复杂微缺陷构型的损伤水平,从而实现不同类型微缺陷真实损伤水平的统一表征.首先,基于Lagrangian能量密度函数推导了M积分定义式,并简述了M积分的物理意义,基于域积分方法实现二维/三维M积分的数值计算.随后,提出了基于M积分的材料缺陷等效损伤面积/体积标定方法,以圆孔面积/球孔体积来标定复杂微缺陷材料系统的损伤水平.最后,针对单轴拉伸载荷作用下的二维/三维脆性体含不同缺陷构型,具体计算了椭圆孔、裂纹以及双裂纹、双孔洞、裂纹和孔洞干涉等复杂缺陷构型情况下的等效损伤面积/体积,并详细分析了缺陷之间的干涉效应及影响因素.本研究旨在基于M积分等效方法量化脆性材料中各类微缺陷造成的损伤程度,实现损伤等级标定,有益于工程材料及结构的损伤容限设计及完整性评估.     

基于M积分的脆性材料微缺陷等效损伤面积/体积表征

随着脆性材料在工程中的广泛应用,对脆性材料中微缺陷进行统一的损伤水平标定,具有重要的科学研究和工程应用价值. 本研究提出一种基于M积分的材料等效损伤面积/体积标定方法, 以具有相同M积分值的圆孔面积或球孔体积来标定 复杂微缺陷构型的损伤水平,从而实现不同类型微缺陷真实损伤水平的统一表征. 首先,基于Lagrangian能量密度函数推导 了M积分定义式,并简述了M积分的物理意义,基于域积分方法实现二维/三维M积分的数值计算. 随后,提出了基 于M积分的材料缺陷等效损伤面积/体积标定方法,以圆孔面积/球孔体积来标定复杂微缺陷材料系统的损伤水平. 最后, 针对单轴拉伸载荷作用下的二维/三维脆性体含不同缺陷构型,具体计算了椭圆孔、裂纹以及双裂纹、双孔洞、裂纹和孔洞干 涉等复杂缺陷构型情况下的等效损伤面积/体积,并详细分析了缺陷之间的干涉效应及影响因素. 本研究旨在基于M积分等 效方法量化脆性材料中各类微缺陷造成的损伤程度,实现损伤等级标定,有益于工程材料及结构的损伤容限设计及完整性评估.