铜合金微塑性成形力学性能及其本构关系

对不同晶粒大小、不同特征尺寸的H62黄铜箔进行微拉伸实验,分析试样晶粒大小和特征尺寸对材料变形行为的影响。随着晶粒尺寸的减小,试样拉伸屈服应力逐渐增大,晶粒尺寸对屈服应力的影响满足Hall-Petch细晶强化关系;屈服强度随厚度的减小先减弱而后增强,随宽度的减小而增强;晶体塑性理论、表面层模型可以解释延伸率、抗拉强度随比表面积的增大而减小的现象。在实验数据的基础上通过修正双线性模型建立微塑性成形本构模型。     

电磁内爆套筒动力屈曲的实验和数值模拟

用实验及数值模拟方法研究了电磁内爆套筒的屈曲响应规律。用电容器组脉冲发生器装置作为驱动源,设计4种不同材料、不同尺寸的金属套筒,通过调节电容器组的充电电压得到不同的加载电流,研究材料及几何参数、加载脉冲特性对套筒屈曲的影响;采用瞬态非线性有限元方法对实验结果进行了数值模拟。研究表明,在同样加载电流作用下相同材料套筒形成的屈曲波数随半径/厚度比增大而增大,不同材料套筒的屈曲波数随屈服强度/塑性强化模量比值增大而增大,而相同材料的屈曲波数不随加载电流的大小而改变;模拟计算结果与实验结果基本吻合。     

圆柱形界面相裂纹在扭转载荷作用下的动态断裂

本文研究了位于界面相中的圆柱形界面裂纹的扭转冲击问题.采用Laplace、Fourier变换和位错密度函数将混合边值问题转化为求解Cauchy核奇异积分方程,利用Laplace数值反演技术计算了动态应力强度因子.讨论了材料特性和结构的几何尺寸对动态应力强度因子的影响.结果表明,随着界面相厚度的增加,无量纲化的动态应力强度因子减小.当裂纹靠近剪切弹性模量大的材料时,无量纲化的动态应力强度因子增大,反之减小.界面相两侧不同的材料组合对裂尖动态应力强度因子的影响是随着剪切弹性模量和质量密度的比值的增加而减小.界面相中裂纹长度对裂尖动态应力强度因子的影响比其他因素的影响大.     

功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性分析

假设功能梯度材料为一理想弹塑性材料,其弹性模量和屈服强度沿梁高度方向按照幂函数变化,在小变形及平截面假设下研究功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性性能.根据Mises屈服准则导出了纯弯曲梁的弹性极限弯矩的解析表达式,建立了梁在弹塑性状态时截面弯矩与截面弹、塑性区分布之间的关系式,给出了梁进入塑性极限状态时中性轴的位置以及塑性极限弯矩的解析计算公式.数值算例的结果表明,功能梯度材料梁的弹塑性性能与均匀材料梁不同,其屈服不一定首先产生于截面最大应力点,而可能有多种不同的屈服模态及相应的塑性扩展.弹性模量及屈服强度的梯度变化对功能梯度材料纯弯曲梁的中性轴位置、截面弹塑性应力分布以及塑性极限弯矩均有较大影响.研究结果可为功能梯度材料梁的弹塑性分析提供一定的参考.     

自相似多孔材料的力学性能与吸能特性

通过对自相似多孔材料的研究,给出了该结构的代表体积单元和相对密度。采用有限元方法对多孔材料面外的准静态压缩以及动态压缩进行数值模拟,分析了其变形模式,提取了应力-应变响应曲线,讨论了相对密度对多孔材料的弹性模量、平台应力、密实应变以及单位质量吸能的影响。研究发现:多孔材料在面外准静态压缩时,弹性模量、平台应力随相对密度的增大而增大,密实应变随相对密度的增大而减小;相对密度主要影响多孔材料的平台应力和弹性模量。多孔材料在面外动态压缩时,在相同的冲击速度下,多孔材料相对密度越大,其单位质量吸收的能量越多。     

用库仑-莫尔屈服准则对厚壁球的极限分析

用库仑－莫尔屈服准则对厚壁球进行了极限分析。该分析能够较好地反映出考虑材料的拉压屈服强度不同而对结构极限承载能力的影响。结果表明,厚壁球的极限承载能力随坟拉比Ｋ的增大而增大。本文导出的公式,对于理论研究和工程设计都具有参考价值。     

内爆加载金属界面不稳定性的数值分析

采用自行研制的多介质弹塑性流体力学欧拉程序,对柱形内爆加载金属界面不稳定性进行了数值研究,数值模拟结果与文献实验数据吻合较好。数值结果表明:材料强度对界面不稳定性发展有不可忽略的抑制作用;材料屈服强度对较高模数不稳定性增长的抑制较强,而剪切模量对不稳定性发展的影响相似但敏感性相对较弱;金属界面不稳定性增长存在最不稳定模数,最不稳定模数随屈服强度增加而减小,并近似与屈服强度的对数呈线性关系;随着壳的厚度减小,扰动增长加快。     

扭转塑性变形对6063铝合金拉伸力学性能的影响机理研究

扭转是一种常用的冷作硬化方法。本文通过实心圆轴扭转实验和预扭试件的单向拉伸实验,研究了扭转塑性变形程度对6063铝合金拉伸力学性能的影响。通过理论研究和硬度分析探究了造成这一影响的内在机理。结果表明,试件扭转后其内部形成的以屈服强度为特征参数的梯度结构,是造成预扭试件力学性能得到改善的根本原因。并且,扭转不同的角度,材料内部产生的梯度结构也是不同的。而不同的梯度结构对试件力学性能的影响则表现为后继拉伸屈服强度随预扭角度的增大而增大。为了预测预扭试件的后继拉伸力学行为,验证前述结论的正确性,建立了由内到外屈服强度逐渐变化的有限元模型。此模型代表了预扭转变形试件,对其施加位移载荷,模拟后继单向拉伸加载过程。模拟所得材料力学性能随扭转角的变化趋势与实验结果基本吻合,从而验证了扭转冷作硬化后,圆轴试件内部产生了以屈服强度为特征参数的梯度结构这一结论。同时,也提供了一种有效的预测材料扭转后拉伸力学性能的数值模拟方法。     

含瓦斯煤单轴压缩的尺度效应实验研究

含瓦斯煤与其它岩石类材料一样,在力学特性等方面具有尺度效应。利用特制的饱和加压装置和电子万能试验机,对不同尺度、不同饱和瓦斯压力下的煤样进行了单轴压缩试验,探讨了煤样变形破坏及强度特性的变化规律。分析表明,煤样抗压强度、弹性模量随瓦斯压力的增大而减小,抗压强度随高径比的增加明显减小,弹性模量随高径比的增加略有提高。利用Weibull模型和线弹性强化理论对含瓦斯煤产生尺度效应的原因进行了合理地解释,为含瓦斯煤样尺度效应在强度表征等方面的深入研究提供了新的实验和理论依据。     

钨合金杆材料属性与侵彻性能的关系

通过对钨合金杆侵彻半无限厚铝合金靶问题的数值模拟,研究了高速侵彻中动能杆材料属性与侵彻性能的影响关系.计算采用的弹塑性流体本构模型中,用来描述材料属性的主要参数有:失效应变、屈服强度、剪切模量等.数值结果表明,失效应变是影响侵深的主要参数,而屈服强度和剪切模量对侵深的影响很小.另外,在此基础上,对着速在785 m/s～1924 m/s范围内的动能杆侵彻问题进行了数值模拟,计算结果与试验数据符合较好.     

Comparison of the calculations of three-convolution circular ARC corrugated diaphragms by toroidal shell theory and by orthogonal anisotropy plate theory

The calculation of elastic deformations of corrugated diaphragms was given by orthogonal anisotropy plate theory^[1], and its result agrees with the experimental results. But it has never been discussed seriously how the number and form of convolutions affect the elastic deformations and stress distributions of anisotropy plate. As a result, adaptable limits of orthogonal anisotropy plate theory cannot be indicated when it is used to calculate diaphragms. It is said that the theory is fairly good for calculating elastic deformations of the diaphragms which have more convolutions. It is also said that the error in calculating stresses is rather large. This paper, by using the toroidal shell theory, presents the calculation of deformations and stresses of three-convolution circular arc corrugated diaphragms both symmetrical and unsymmetrical, compares its result with that of the orthogonal anisotropy plate theory and gives definite adaptable limits of the latter theory.     

Stress-strain state of a circular diaphragm in dynamics

The study of the deformation of diaphragms by impulsive loadings is an urgent problem in view of the more and more widely used techniques of high-speed forming of sheet materials (hydroexplosive, electromagnetic, and electrohydraulic stamping). A number of papers [1, 2] have appeared on the dynamics of the deformation of elastic diaphragms. Problems of axisymmetric plastic flow under pulsed loading have been studied by the method of characteristics [3, 4]. Important applied aspects of explosive loading of diaphragms are described in [5]. We discuss the dependence of the properties of a transverse plastic wave (distortion wave) in a diaphragm on the state of stress. The motion is analyzed in an approximate formulation neglecting radial displacements along the Eulerian coordinate and the change in thickness of the diaphragm. The diaphragm material satisfies the Treska — Saint Venant yield condition. Results of experiments on hydroexplosively loaded diaphragms are presented.     

MEMS材料力学性能的测试技术

微电子机械系统(MEMS)技术的迅速崛起,推动了所用材料微尺度力学性能测试技术的发展.首先按作用方式将实验分成压痕/划痕、弯曲、拉伸、扭转四大类,系统介绍检测MEMS材料微尺度力学性能的微型试样、测试方法及其实验结果.测试材料主要有硅、氧化硅、氮化硅和一些金属.实验结果主要包括基本的力学性能参数如弹性模量、残余应力、屈服强度、断裂强度和疲劳强度等.最后,简要分析了未来的发展需求.      

CLOSED-FORM SOLUTIONS FOR ELASTOPLASTIC PURE BENDING OF A CURVED BEAM WITH MATERIAL INHOMOGENEITY

The elastoplastic pure bending problem of a curved beam with material inhomo- geneity is investigated based on Tresca＇s yield criterion and its associated flow rule. Suppose that the material is elastically isotropic, ideally elastic-plastic and its elastic modulus and yield limit vary radially according to exponential functions. Closed-form solutions to the stresses and radial displacement in both purely elastic stress state and partially plastic stress state are presented. Numerical examples reveal the distinct characteristics of elastoplastic bending of a curved beam composed of inhomogeneous materials. Due to the inhomogeneity of materials, the bearing capac- ity of the curved beam can be improved greatly and the initial yield mode can also be dominated. Closed-form solutions presented here can serve as benchmark results for evaluating numerical solutions.     

颗粒增强复合材料的屈服极限

基于渐近均匀化方法,导出了颗粒增强复合材料的屈服准则,给出了初始屈服应力的解析表达式。因为颗粒增强体的弹性模量远比弹塑性基体的弹性模量高,这个模量差在增强体和基体中产生了装配刚度。解局部问题可以得到该装配刚度。从屈服应力的表达式可以看出,增强体和基体两者的平均装配刚度和剪切模量之比决定了屈服应力的提高程度。给出了两个数值算例。采用菱形十二面体单胞求解了局部问题。取单胞形状为菱形十二面体的优点是增强体的体积比可以高达74%。     

多晶石墨烯拉伸力学性能及其影响因素的灵敏度分析

晶粒尺寸、温度和应变率等对纳米材料的力学性能有重要影响。本文通过分子动力学（MD）数值模拟,分析了不同晶粒尺寸多晶石墨烯在不同温度、拉伸应变率下的杨氏弹性模量、极限应力、极限应变等拉伸力学性能。结果表明,晶粒尺寸、温度和拉伸应变率对拉伸力学性能有较大影响。利用正交实验法,分别分析了杨氏弹性模量、极限应力和极限应变对晶粒尺寸、温度和拉伸应变率的敏感程度。结果表明,杨氏弹性模量和极限应力对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、温度和拉伸应变率;极限应变对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、拉伸应变率和温度。研究结果可为多晶石墨烯的理论研究和工程应用提供参考。     

考虑材料各向异性的熔丝制造PLA点阵结构弹性各向同性设计

增材制造技术的兴起激发了国内外学者对结构创新设计的热情. 然而, 增材制造材料的各向异性为结构力学性能的预测与设计带来了一定的困难. 为了准确预测熔丝制造聚乳酸(PLA)材料和点阵结构的弹性性能, 并实现点阵结构的弹性各向同性设计, 首先, 本文采用正交各向异性弹性模型来描述PLA材料的弹性行为, 通过实验和计算得到了正交各向异性模型需要的9个独立的弹性常数. 然后, 设计了一种力学性能可调的二维组合桁架点阵结构, 基于代表体元法, 在不考虑材料各向异性的情况下推导出了其平面内等效弹性性能的解析表达式及弹性各向同性条件. 最后, 根据PLA材料的各向异性调整点阵结构内部杆件的弹性模量和厚度, 并基于代表体元法重新推导出了点阵结构平面内等效弹性性能的解析表达式及其弹性各向同性条件. 研究结果表明, 正交各向异性弹性模型适用于描述熔丝制造PLA材料的弹性行为, 基于该模型能够准确预测PLA材料在任意方向上的弹性模量. 在预测与设计熔丝制造点阵结构的力学性能时需要充分考虑材料的各向异性. 在考虑材料的各向异性之后, 基于代表体元法调整点阵结构的几何尺寸, 能够实现部分点阵结构的弹性各向同性设计.      

屈服准则及切线模量修正的弹塑性计算模型

为提高不同应力状态下金属弹塑性行为的模拟精度,采用含应力三轴度修正的von Mises屈服准则,材料弹塑性本构关系在等效应力$\!$-$\!$-$\!$等效应变曲线基础上,提出一个切线模量为主应力函数的理论修正项. 将这两个修正项结合,以子程序形式编程嵌入ABAQUS主程序,以此模拟几种不同形状试样的弹塑性行为,并将其他屈服准则在单一曲线假设下编程与之对比. 模拟结果与真实试验结果对比发现,对于屈服而言,含应力三轴度修正的vonMises屈服准则比其他屈服理论准确;对于弹塑性阶段计算而言,提出的切线模量为主应力函数这一假设比单一曲线假设更加接近真实试验.      

碎石桩复合地基若干问题的理论分析

由桩-土侧向变形及竖向变形协调条件，基于弹性理论导出了桩及桩周土的应力-应变关系、桩体材料屈服时桩-土应力比的计算式．推出了桩周土处于极限平衡状态下，碎石桩极限承载力计算式．指出了用碎石桩加固软土地基效果比较明显．但用碎石桩来加固土的变形模量大于8MPa的地基，加固效果十分有限．最后，通过工程实例，将计算结果与实验结果作了对比．     

含球形孔洞双晶铜单向拉伸性能的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了在单向拉伸载荷作用下含孔洞双晶铜晶体的力学行为,研究了晶粒内部孔洞和晶界孔洞对晶体力学行为的影响。结果表明,孔洞可以显著降低双晶体的弹性模量和屈服应力。对于晶粒内部关于晶界对称的孔洞,随着孔间距的增大,晶体弹性模量和屈服应力都有明显的提高;当保持孔间距不变而改变孔半径时,随着孔体积的不断增大,晶体弹性模量和屈服应力又都呈现出递减趋势。对于晶界上的孔洞,孔洞形状对晶体拉伸性能有显著影响,并且随着孔半径的增大,晶体弹性模量和屈服应力呈现出递减趋势,如果保持孔洞总体积恒定而依次增加孔洞数量,则晶体弹性模量和屈服应力逐渐减小。