一种弹塑性材料动态起裂韧度的J表征和测试方法

在数值计算的基础上提出了一个弹塑性材料动态起裂韧度的J表征和测试方法．这一方法利用自行研制的间接杆-杆型冲击拉伸试验装置，对周边切口的短圆柱试件实施基于一维试验原理的弹塑性材料动态断裂试验；利用试件两端的平均载荷—相对位移曲线(P-δ)或平均载荷-裂纹张开位移曲线(P-△)，推广Bice远场公式获得动态J积分；采用柔度变化率法确定裂纹起裂点，从而得到动态起裂韧度JJD．这一方法的优点在于利用P-δ或P-△曲线将外力对试件所做的与裂纹运动无关的质心惯性运动动能近似地从总能量中分离出来，且平均载荷P在起裂前以至失稳扩展前是单调增的，同时试验获得的P-δ和P-△曲线光滑，这使得用J积分作为裂纹尖端的表征参量以及用柔度变化率法确定起裂点和失稳点具有坚实的物理基础．     

焊接接头局部塑性行为的循环压痕实验研究

基于纳米压痕技术,对转子钢焊接接头不同区域（母材、焊缝和热影响区）开展了压入位移控制的单向压痕实验和压入载荷控制的循环压痕实验研究．首先,通过压入位移控制的单向压痕实验,采用多次测试取平均值的方式获得了焊接接头各个区域的弹性模量和硬度分布特征,同时对各区域弹性模量中值点的载荷-压入深度曲线进行了分析;其次,对各个区域进行压入载荷控制的循环压痕实验,比较其压入深度随循环周次的演化特征．结果表明,焊接接头不同区域力学性能差异较大,热影响区的弹性模量、硬度、抗拉强度和抗循环变形能力最高,焊缝次之,母材最弱;三个区域在循环压痕载荷下的接触载荷-压入深度滞回环曲线均表现出类似棘轮变形的演化特征,且母材演化速度高于焊缝,高于热影响区．研究结果对汽轮机焊接转子的焊接工艺的优化、寿命预测和可靠性设计具有重要的借鉴意义．     

动态弹塑性断裂韧性测试方法的比较研究

利用示波冲击试验,对动态弹塑性断裂韧性测试的不同方法（单试样法和多试样法）进行了研究．结果表明,单试样法（柔度变化率）测定材料的动态断裂韧性是一种简单、准确、适合于工程应用的好方法     

考虑压头曲率半径和应变梯度的微压痕分析

在压头尖端曲率半径取100nm的前提下，采用Chen和Wang的应变梯度理论，对微压痕实验进行了系统的数值分析. 首先通过拟合载荷-位移实验曲线的后半段来确定材料的屈服应力和幂硬化指数值,然后用有限元方法数值模拟压痕实验，并将计算得到的整段载荷-位移曲线及硬度-位移曲线和实验结果进行了比较. 结果表明应变梯度理论所预测的计算结果和实验结果很好地符合,包括压痕深度在亚微米和微米范围内的整段曲线.     

海洋平台TT型管节点的极限强度分析

利用非线性有限元方法分析了轴向力作用下多平面TT节点的极限强度。在数值分析中,采用三维20结点固体单元模拟管道结构和焊缝形状,将结构有限元网格划分为不同区域,每个区域的网格独立产生,通过合并形成整个结构的有限元网格。通过控制位移增量法得到了加载过程中载荷和位移之间的关系曲线。使用ABAQUS软件分析了TT节点在支管端部承受轴向载荷的变形及与外部载荷之间的关系,得到了不同参数影响下的TT节点极限强度。     

基于改进链码法的LuGre摩擦模型动态参数辨识

针对现有LuGre摩擦模型动态参数辨识方法辨识精度不高,收敛性难以保证及参数初值难以确定等不足,提出了一种基于改进链码特征识别法的参数辨识方法。首先,研究LuGre摩擦模型中两个动态参数-鬃毛刚度系数与阻尼系数之间的关系,以及鬃毛刚度系数与预滑动阶段位移-摩擦力曲线形状之间的对应关系;然后,改进现有Freeman链码的采样方式和码间距,利用改进的链码结合傅立叶描绘子提取位移-摩擦力曲线的形状特征并形成特征向量;最后,以加噪声原始位移-摩擦力曲线和仿真位移-摩擦力曲线的特征向量为参数建立度量两曲线相似程度的欧氏距离,寻优得到使欧氏距离满足给定误差的仿真位移-摩擦力曲线,该曲线对应的鬃毛刚度系数即为其辨识值,进一步可计算出阻尼系数。文末给出的辨识实例验证了提出方法的正确性和有效性。     

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.     

冲击荷载下岩石动态断裂韧度测定的实验技术

本文介绍了一种研究岩石动态断裂特性的实验技术。该方法采用自行设计的杆式冲击试验机,在加载率K1106Nmm-3/2s-1条件下对三点弯曲试件进行冲击加载。实验中,通过一套光电转换装置测量试件切口张开位移随时间的变化。由双通道的瞬态波形存贮器记录荷载和切口张开位移,得到了冲击条件下的荷载-切口张开位移曲线,通过张开位移速率的转折点来确定起裂点并计算动态断裂韧性K1d。本中给出了长宽高为1804040mm的大理岩试件的典型荷载-切口张开位移曲线和示波照片。试验结果可由微型机直接进行处理。     

主导曲线法测定J阻力曲线的研究

本文利用主导曲线法测定了国产核容器用钢材料Ａ５０８－３的Ｊ阻力曲线，并将实验结果与卸载柔度法作了对比，进而说明这种新方法有其广阔的应用前景；同时，本实验引入了计算机数据实时采集及自动处理系统．这些系统的引入大大提高了实验精度和效率．     

用光力学和有限元法确定钢壳的动态响应

本文提出了壳体在冲击载荷作用下三维位移分布的光力学方法的实验解和有限元数值解。采用一种新型的电磁脉冲加载装置,实现了对试件施加重复性很好的冲击载荷,利用测得的力一时间关系曲线作为外力边界条件,用逐步积分法对壳体在冲击载荷下的动态响应作了分析。光力学方法的实验解和有限元数值解吻合较好。     

单试样法测金属材料JR曲线及其条件起裂值

在单试样卸载柔度法及三曲线法基础上,提出了一种更简便的测定金属材料JR曲线及其条件起裂值的单试样三点柔度法,并用该方法测定了1Cr1/2Mo钢、16MnR钢和WCF62钢的JR曲线及其条件起裂值,与标准的多试样法相比,误差均在工程许可范围内。     

偏心率效应对金属圆柱管轴压性能的影响

用含有偏心率因子的直链塑性铰叠缩模型来分析金属圆柱管轴向压缩能量吸收，根据能量原理推导了瞬时载荷，从而获得压缩过程的载荷-位移曲线．讨论了偏心率对平均压缩载荷和载荷-位移曲线形貌的影响．实验结果与模型分析符合得很好．     

一种基于SHTB的Ⅱ型动态断裂实验技术

冲击剪切载荷作用下动态断裂韧性的测定是材料力学性能和断裂行为研究中重要组成部分.为了测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,许多学者采用不同的试样与实验方法进行了实验,但限于实验条件,裂纹断裂模式往往是I+Ⅱ复合型,而不是纯Ⅱ型,因而不能准确测得材料的Ⅱ型动态断裂韧性.鉴于此,本文基于分离式霍普金森拉杆(split Hopkinson tension bar,SHTB)实验技术,提出一种改进的紧凑拉伸剪切(modified compact tension shear,MCTS)试样,通过夹具对MCTS试样施加约束,从而保证试样按照纯Ⅱ型模式断裂.采用实验-数值方法对MCTS试样动态加载过程进行分析,将实验测得的波形输入有限元软件ANSYS-LSDYNA,得到了裂纹尖端应力强度因子-时间曲线,并与紧凑拉伸剪切(compact tension shear,CTS)试样进行了对比.同时采用数字图像相关法进行了实验,验证了有限元分析结果.结果表明,MCTS试样在整个加载过程中K_I K_Ⅱ,裂纹没有张开;而CTS试样在同样的加载过程中K_IK_Ⅱ,出现裂纹张开现象.这说明MCTS试样能够准确地测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,为材料动态力学测试提供了一种有效的实验技术.     

基于Green函数的动态载荷区间识别方法研究

基于位移响应时间序列,提出了对结构动态载荷时间历程进行识别的区间方法.载荷在时域内可用一系列脉冲响应函数来表示,系统的响应是载荷与单位脉冲响应函数(Green函数)的卷积分.采用区间向量定量化不确定但有界的位移响应时间序列,并将Green函数离散,构造区间线性方程组,并利用区间摄动法进行求解,从而得到待识别载荷时间历程...     

无量纲载荷分离法在延性断裂韧性测定中的应用

鉴于现行载荷分离理论中存在的量纲不对等问题,依据相似原理提出了无量纲载荷分离法。弹塑性有限元分析结果较好地验证了对应于CT和SEB试样的无量纲载荷分离的普适性。基于无量纲载荷分离新方法,提出了改进的分离参数Spb法。新方法消除了参考钝裂纹试样及标定点选择的影响,通过同卸载柔度法的对比研究,新方法的可行性得到了验证。采用新方法完成了某输气管道焊接球阀的CTOD评定。     

一种改进的原子力显微镜摩擦力标定方法

在传统标定AFM测力系统的楔形法基础上,通过线形加载的扫描方式,得到不同载荷下AFM针尖在平面和斜面上的切向力-位移循环曲线,并进一步计算出不同载荷下的摩擦力标定系数,进而根据该系数随载荷的变化趋势,选取高载下相对稳定的数据作为最终的标定结果.结果表明,由于改进的楔形法全面考察了摩擦力标定系数随载荷的变化趋势,避免了低载标定所引入的误差,标定结果更合理.     

陶瓷材料动态抗弯性能测试

用改装的Hopkinson压杆试验装置测试了陶瓷材料3点弯曲动态力学性能;定义了量纲一挠度和挠度变化率,给出了几种陶瓷材料在不同挠度变化率下的挠度-最大拉应力曲线,从而给出其抗弯强度。测试结果说明,陶瓷材料的动态抗弯强度具有挠度变化率效应。分析了3点弯曲动态测试的有效性和动态损伤,分析表明,动态损伤因子临界值具有挠度变化率效应。     

横向冲击作用下高桥墩的几何非线性动力稳定性

考虑大变形的影响,建立了高桥墩在横向冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了不同冲击荷载作用下不同柔度高桥墩的位移响应曲线以及其从产生横向振动到失稳的全过程,得到了横向冲击时高桥墩失稳的临界冲击荷载和失稳时刻;通过数值算例比较了三角形和矩形冲击荷载作用下高桥墩的荷载-位移响应曲线;分析了横向冲击力幅值、冲击区域大小、冲击持续时间、高桥墩柔度、桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界冲击荷载、失稳时刻的影响。结果表明:无论是在矩形还是三角形形式横向冲击作用下,随着冲击区域的增大高桥墩的振动幅值变大;桥面简化质量越大,高桥墩失稳的临界冲击载荷越小;柔度越大时,高桥墩失稳的临界冲击荷载幅值越小;对于矩形冲击,当冲击持续时间大于1s后,冲击持续时间的增加对高桥墩的稳定性无明显影响;对于三角形冲击荷载,随着冲击持续时间的增大高桥墩的振动幅值变大。     

确定材料J积分塑因子ηpl的单试件法研究

本文在Ｌａｎｄｅｓ规则化方法基础上提出单试件确定塑性因子法，即只使用单个试件的实验记录，Ｐ，Ｖ和α就可求得材料塑性因子ηｐｌ，其中实时裂纹长度α可以卸载柔度法或物理测量得到，通常规则化方法需一组试件。单试件法可避免多试件存在的尺寸分散性，也可使实验过程简化。文中结合３０４不锈钢实验进行分析，结果表明单试件法简便，实用，精度较高。     

相变柱壳的径向冲击特性

采用改进的SHPB (split Hopkinson pressure bar)装置和高速CCD (charge-coupled device)相机对TiNi合金圆柱壳进行了径向冲击实验研究,得到了动态载荷-位移曲线,并采用数字边界提取技术和纯弯曲假定对结构的动态全场变形过程进行了定量分析。结果表明,相变柱壳经受动态冲击后可以恢复,其加、卸载非线性行为与相变状态和相变铰的演化相关。同时,该结构具有良好的横向抗冲效应,对冲击加速度和冲击载荷的衰减量达到95%以上,耗能率为42.4%,可望在可重复使用的抗冲装置中得到应用。