求解粘塑性力学中的两个问题

本文研究环板和厚壁圆筒的粘塑性分析问题。在这两个问题中部忽略了弹性变形,给出了这类结构的应力分析和变形计算的方法,获得了粘塑性环板和厚壁圆筒的许多重要结果。     

生长对超弹性球壳变形和稳定性的影响

应用连续介质力学有限变形理论建立受内压作用不可压超弹性球壳大变形问题的力学模型, 且运用基于变形梯度张量极分解的弹性体积生长理论分析生长对不可压超弹性球壳变形和稳定性的影响. 通过对球壳变形与内压关系式的数值计算得到不同生长条件下球壳的变形曲线和应力分布曲线及由生长引起的残余变形和残余应力分布. 计算结果表明生长对球壳变形特性有明显的影响, 生长影响球壳可产生不稳定变形的临界壁厚和临界内压, 且在某些情况下可改变球壳的稳定性. 生长在球壳中可产生一定的残余变形和残余应力, 对球壳中的应力分布有一定的影响. 另外当生长的程度足够大时, 即便没有外力作用,球壳仅在生长引起的残余应力作用下也可产生不稳定变形.      

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。     

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.     

高压胶管的动力响应分析

基于钢丝编织高压胶管的纤维加强橡胶复合材料多层圆筒模型,应用连续介质力学有限变形基本理论,建立了周期内压作用下高压胶管的动力学微分模型.通过数值计算得到了高压胶管的时程曲线、频谱图、相图和庞加莱截面图及应力分布曲线,利用非线性动力学理论分析了高压胶管的动力学响应特性,讨论了载荷大小和载荷频率的影响,并分析了高压胶管中的应力分布特征.     

动脉压对静脉血管壁周向应力分布的影响

自体静脉是病变动脉管段常用的替代物。移植后因承受压力急剧升高引起的静脉管壁应力改变是影响移植手术的主要因素之一。为了比较移植前(静脉压作用下)和移植后(动脉压作用下)静脉管壁的周向应力分布，本文通过检测一定轴向伸长比条件下静脉管的p(压力)——V(容积)试验数据，利用3参数的应变能密度函数对实验数据进行拟合，进而求得静脉管壁的残余应力和沿血管壁的周向应力分布。对狗的股静脉和颈静脉的分析结果表明，在动脉压作用下静脉管壁周向应力将急剧增大。与处于静脉压环境相比，处于动脉压环境中的颈静脉管周向应力将增大差不多2个数量级。计算结果还显示，静脉管壁残余应力的数值虽然比动脉管壁的相应值小很多，但是与动脉管相同，血管壁残余应力依然对静脉管壁上的周向应力分布影响显著，残余应力的存在将大大削弱在静脉管内壁处的周向应力集中，使周向应力沿静脉管壁厚的变化梯度明显减小。     

应用增量理论考虑应变硬化效应包辛格效应和温度对机械性质影响的自增强厚壁圆筒分析

本文提出的采用增量理论的分析模型和方法可以定量分析应变硬化、包辛格效应和材料机械性质随温度变化等因素对自增强厚壁圆筒中残余应力和操作应力分布的影响.厚壁圆筒看成由N个同轴薄壁圆筒套在一起组成的构件;采用包括弹性、塑性和温度应变的增量型本构关系和相容条件导出了自增强圆筒的基本方程;设计了计算机程序并给出了分析实例。分析结果表明,应变硬化会减小塑性区并降低残余应力;包辛格效应使反向屈服容易出现;温度升高将使残余应力和热应力松驰.     

机械式起动机滚柱式超越离合器外环的实验应力分析研究

机械式起动机滚柱式超越离合器外环的形状极其复杂,其最大正应力的解析计算方法分别为:Thomas,A.Huls 提出按厚壁圆筒受内压的力学模型求解;段自力等提出按变截面超静定平面曲梁法来计算.本文利用光弹性实验和应变电测实验来分析外环的应力状态,并指出平面曲梁法是正确的,厚壁圆筒受内压法是错误的.     

热超弹性圆筒的不稳定性

应用有限变形弹性理论分析了受内压和轴向拉伸作用的不可压热超弹性圆筒发生非均 匀变形的不稳定性问题. 受内压和轴向拉力作用的薄壁圆筒，当内压较小时，圆筒发生稳定 的均匀膨胀变形；当内压大于某一临界值时，圆筒产生复杂的非均匀变形，其一部分膨胀变 形很大，形如``灯泡'状，而另一部分仅仅是轻微膨胀，且此时的变形是不稳定的. 但对厚 壁圆筒而言，不论压力如何，总是发生稳定的均匀膨胀变形. 根据圆筒的变形曲线，给出了 圆筒可以发生不稳定变形的临界厚度. 同时，讨论了轴向拉伸和温度场对圆筒变形的影响.     

环向非对称分布多裂缝应力强度因子

本文利用三维光弹性实验研究了工程中最危险的受内压厚壁圆筒内表面环向相对分布２条不同裂缝和非对称多裂缝应力强度因子（ＳＩＦ）的变化规律，给出近似计算式，利用趋势面图描绘了它们变化的典型特征，给出工程应用方法和实例．     

柱状装药爆炸条件下厚壁圆筒爆室内 流场及结构动力响应分析

借助非线性动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA,采用基于罚函数的流固耦合算法,对厚壁圆筒爆 室在柱状装药爆炸作用下的动态响应过程进行了数值模拟研究。分析了厚壁圆筒爆室内柱状装药爆炸非定 常流场的演化过程以及筒体的动力响应特征。给出了爆炸流场的压力云图、筒壁受到的爆炸压力峰值及冲量 的分布规律、筒体的等效应力云图以及等效应力的分布规律等。流场压力及筒体应变的计算结果与实测结果 吻合较好,并将动力响应的有限元计算结果与理论解进行了比较,证明轴对称平面应变假设下的理论解可以 给出问题的保守估算。分析表明,该厚壁圆筒爆室在柱状装药爆炸作用下在弹性范围内工作,爆室的强度设 计是安全的。     

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。     

厚壁等径三通的有限元研究

本文应用三维砖块八节点等参协调元(简称Q4元)和不协调元(称QM6元),对厚壁等径三通,在轴向推力与面内弯矩载荷作用下的弹性变形与应力分布进行了计算,得到了它们的变形与应力分布曲线,并进行比较。结果表明,用Q4元计算,在弯曲变形较大的区域,误差较大,反映不出三通的应力集中区的应力梯度高的特性,而QM6元则能较精确地计算出应力集中区的应力。     

超导线圈在强磁场作用下的弹塑性变形分析

根据超导线圈受电磁力、热膨胀、弯曲应力作用的受力机制,首先理论研究了超导线圈在发生弹塑性变形时内部的应力、应变、位移,然后使用两段直线之间由过渡曲线相连接的简化模型作为超导线的应力-应变曲线的近似特性。利用有限元方法,数值模拟了电磁力作用下典型的Nb3Sn超导线材在不同边界条件下的应力、应变、位移分布情况。计算结果定量显示了超导线的弹塑性变形特性同电流密度的关系,初步预测了超导线圈发生塑性变形的区域和扩展以及支撑结构对超导磁体力学行为的影响。     

非平面应变状态下的叠层厚壁筒

抛弃任何有关位移或应力模式的人为假设，在轴对称情况下，导出正交异性厚壁筒的状态方程。在沿筒轴方向任意分布的轴对称荷载下，给出叠层厚壁筒静力问题的精确解。此解满足所有弹性力学基本方程，包含了全部弹性常数，可满足任意精度要求。数值结果和ＳＡＰ５有限元解进行了对比。     

厚壁圆筒的安定分析

本文讨论了幂强化材料以及弹性—幂强化材料厚壁圆筒在循环内压作用下的安定性;介绍了机动安定定理的推理以及具有部分恒定载荷时的表达式;讨论了厚壁圆筒在恒定内压与循环温度作用下的安定性。     

厚壁圆筒的载荷特征与变形规律研究

为了研究厚壁圆筒在受到相同冲量但载荷特征不同时材料的变形规律,分别采用解析解、LS-DYNA软件和有限元计算程序对厚壁圆筒在受到内压作用下的力学响应进行了计算比较,在得到基本一致的结果后,利用有限元计算程序对冲量相同时四种加载方式下厚壁圆筒的动力学响应进行了计算,计算结果表明冲量相同时,不同载荷特征的载荷作用下的应变是不同的,应变与载荷作用时间和大小相关.     

粉砂岩峰后破坏区应力脆性跌落的试验和本构方程研究

对粉砂岩试样进行常规三轴压缩试验,得到了其在不同围压下的应力-应变全程曲线.结果表明,岩样应力-应变曲线峰前(破坏前区)部分的力学性质较为稳定,其力学行为可用经典强度理论进行描述;应力-应变曲线峰后(破坏后区)部分,岩样处于非稳定状态,其力学行为难以用经典强度理论来描述,而脆塑性模型恰好可以描述试验岩样的应力非连续变化特征.岩石的应力脆性跌落是有条件发生的,应力脆性跌落系数是围压的函数,并给出应力脆性跌落系数与围压的关系.对完整岩样而言,使用弹性-线性软化-残余塑性三线性非理想脆塑性模型可以描述岩样的本构特征,而对含有节理岩样而言,采用双线性弹性-线性软化-残余塑性四线型非理想脆塑性模型与试验更为相符.     

动力损伤后的脆性岩石静力蠕变断裂模型研究

应力波动力扰动下脆性岩石的静力蠕变特性,对深部地下工程围岩变形的评价有重要的实践意义.动力载荷作用导致的局部细观裂纹损伤严重影响脆性岩石蠕变力学行为.基于细观裂纹扩展与应力关系模型、动力扰动损伤演化函数、静动力载荷演化路径函数与黏弹性本构模型,提出一种应力波动力扰动下脆性岩石蠕变断裂特性的宏细观力学模型.其中动力损伤通过控制岩石内部细观裂纹数量变化实现.模型描述了应力波动力扰动下岩石的应变时间演化曲线,解释了岩石动力扰动下蠕变失效特性.研究了不同应力波幅值及周期影响下的脆性岩石应变-时间关系曲线,并通过试验结果验证了模型的合理性.讨论了动力损伤变化形式,突变发生时刻,突变量的大小对岩石蠕变失效特性的影响.分析了应力波幅值、周期对岩石动态动力损伤效应以及蠕变失效特性的影响.主要研究结果:动力损伤的变化值越大,岩石蠕变失效发生时间越短.冲击载荷扰动期间,动力损伤发生的时刻及增加的形式,对动力扰动后的岩石应变及蠕变破坏时间影响很小.动力损伤变化量随应力波幅值增加、周期减小而加速增大.应力波幅值越大、周期越小,岩石发生蠕变失效时间越短.     

拉压性能不同材料全量型本构关系及厚壁筒的应力分析

将经典全量理论作了推广，考虑了应力状态及塑性体积变形对拉压性能不同材料的塑性行为的影响。应用该本构模型分别计算了厚壁筒在内压和外压作用下的应力分布。给出了径向应力、环向应力和轴向应力沿壁厚的分布图。将本文的计算解与拉压性能相同(不考虑体积变形、强化曲线唯一)的幂函数强化材料的厚壁筒的理论解进行了比较。结果表明，材料的拉压性能不同对厚壁筒的环向应力和轴向应力影响较大。因此，对于拉压性能不同材料，考虑到其对应力状态及塑性体积变形敏感时，是不能将其简化成拉压性能相同、体积不可压缩、强化曲线唯一的理想材料。