超临界CO_2作用下煤体膨胀变形规律试验研究

为解决采用应变片对超临界CO_2作用下煤体膨胀变形进行点测量时,试验结果离散性大、超临界CO_2作用导致应变片易脱离破损等问题,自主研发了具有施加热流力载荷功能的膨胀体积应变测量装置,对不同温度、压力的超临界CO_2作用下,煤体膨胀体积变形规律进行研究。结果表明:煤体膨胀体积应变随超临界CO_2作用时间增加呈现先增大后趋于稳定的变化规律;当孔隙压力不变时,膨胀体积应变随超临界温度的升高而增加,温度越高,达到稳定膨胀变形所需时间越长;当温度不变时,随着超临界孔隙压力增加,膨胀体积应变也随之增大,但达到稳定膨胀变形所需时间随孔隙压力的升高呈先增加后减少的趋势;超临界CO_2作用下,煤体体积应变随温度和孔隙压力均呈"S型"Logistic函数规律变化;膨胀体积应变对超临界温度和孔隙压力的变化率具有分区性,其变化率大小排序依次为:近临界区跨临界区高临界区。     

橡胶类材料大变形本构关系及其有限元方法

讨论大变形拟不可压缩模胶类材料的本构关系及有限元分析方法，采用乘法分解，将变形梯度表示成等容和体积变形两部分，在此基础上，推导了克希荷夫应力和格林应力表示的Ｙｅｏｈ形式应变能模胶类材料的本构关系及数值处理方法，为处理不可压缩问题，采用三场变分原理，其中静水压力，体积膨胀，以及位移均作为独立变量进行处理，并指出该变分原理同胡－鹫津广义变分原理的联系，变形采用相容等参插值，压力及体积膨胀采用低阶插值，     

约束层对金属柱壳膨胀变形影响的数值模拟

对金属铝和硬质聚氨酯泡沫组合的约束层对45钢柱壳膨胀断裂性能的影响进行了数值模拟,得到三种约束条件下45钢柱壳在膨胀过程中表面的速度和位移历史剖面,对比分析了在约束层作用下45钢柱壳膨胀变形动态行为。利用高速分幅相机及中能X光机获得了多个时刻45钢柱壳的动态图像和柱壳膨胀后的工程应变,实验结果与数值模拟结果吻合。结果可对爆轰加载下约束层对45钢柱壳膨胀变形的物理规律进行定量认识。     

爆轰波对碰驱动下金属圆管膨胀变形特性研究

采用高速分幅摄影和激光速度干涉仪（velocity interferometer system for any reflector, VISAR）联合测试技术,对HR-2钢管在爆轰波对碰驱动下的膨胀变形特性进行了研究。实验得到了圆管膨胀变形的过程图像以及圆管特定部位径向膨胀的位移-时间曲线和速度-时间曲线。采用LSDYNA-3D程序对HR-2钢管的膨胀变形过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合较好。     

非线性载荷作用下圆形薄膜的有限变形分析

利用修改后的应变能函数分析了作为细胞层载体的超弹性薄膜在非线性载荷作用下的有限变形问题.运用打靶法对控制方程进行了求解,讨论了本构参数n和α对薄膜变形的影响.计算结果表明:本构参数的增大会对材料产生强化作用;由于非线性载荷的影响,本构参数在n=1附近,薄膜曲率的变化趋势会相反;随着本构参数的减小,薄膜的不稳定点会在薄膜达到较小膨胀体积时出现.     

闭孔泡沫铝泊松比及三轴压缩变形模式

在闭孔泡沫铝的唯象本构模型中, 泊松比是一个非常关键的参数, 为了探究闭孔泡沫铝泊松比变化规律研究结果存在分歧的原因, 认识闭孔泡沫铝泊松比变化规律中特征点的物理意义, 采用数值模拟方法, 建立了闭孔泡沫铝的3D-Voronoi模型及2D-Voronoi模型, 对模型进行侧面位移耦合单轴压缩边界条件下的仿真分析; 基于闭孔泡沫铝本构模型的唯象特性, 对闭孔泡沫铝变形模式的研究同样十分重要, 为明确其三轴压缩下的变形模式, 对闭孔泡沫铝的3D-Voronoi模型进行侧面位移受限轴向压缩边界条件下的仿真分析. 研究结果表明, 常规壳单元接触中的厚度减薄特性是闭孔泡沫铝泊松比变化规律的研究结论存在分歧的原因, 但厚度减薄不影响泡沫铝模型致密前胞孔结构的变形模式; 闭孔泡沫铝泊松比的准确变化规律为“增高?降低?再增高”的“S”型曲线, 并且, 曲线极大值对应闭孔泡沫铝吸能效率的增速下降点; 等比压缩应力状态下, 闭孔泡沫铝存在四种侧面变形模式, 分别为“(短期)压缩变形→膨胀变形”、“压缩变形→膨胀变形→压缩变形→膨胀变形”、“压缩变形→(短期)膨胀变形”及“压缩变形”.      

有限变形计算中的体积不可压缩问题

在金属材料塑性成形的数值模拟中 ,由于变形通常很大 ,有限变形理论被广泛采用。但由于有限变形下 ,塑性本构理论的研究相对欠缺 ,还未建立起较为公认的理论。塑性体积不可压缩是公认的结果 ,但在有限变形下如何描述体积不可压缩则必须为人们所关注。本文重点讨论了这一问题 ,认为必须完全抛弃以εii=0作为体积不可压缩条件 ,否则不仅将会给计算带来很大误差 ,而且还会导致计算不收敛     

宁明膨胀土侧限有荷膨胀变形试验研究

首先分析了国内外膨胀土膨胀变形试验研究的现状,接着针对南宁-友谊关公路宁明段灰白色膨胀土,采用侧限有荷膨胀试验,在分析探讨膨胀土有荷膨胀率与上部荷载的关系以及终了含水量和上部荷载的关系、过程含水量与吸水量的关系的基础上,推导出了膨胀土在侧向约束、上部加压条件下膨胀应变与含水率、上部荷载之间的关系式,并用之对南友路膨胀土路堤的修筑提出了一些建议．     

开采沉陷土体变形与孔隙水压相互作用研究进展

本文通过实验、实测和理论分析研究了开采沉陷土体变形与孔隙水压力之间的相互作用,结果表明,随着开采的进行,土体的应力变形发生变化造成了超静孔隙水压力的产生和消散,反映在土体变形上出现随开采时间延续而发展的附加压缩和膨胀变形,这种压缩或膨胀在土体的不同部位相互叠加,有时还叠加了底部含水层水位下降引起的地面下沉。这些结果揭示了厚松散含水层地区开采沉陷特殊性的机理,对开采沉陷预测及水体下采煤具有重要意义。     

考虑压力作用的煤吸附/解吸CH_4变形试验研究

气体压力是煤吸附/解吸瓦斯的重要影响因素之一。因此,在实验室通过改变压力差,进行了一次升压/降压和等梯度逐次升压/降压方式吸附/解吸试验。通过比较分析了两种吸附/解吸方式煤变形量大小,研究了两种吸附/解吸方式下煤残余变形量的变化规律。研究结果表明,等梯度逐次升压吸附煤膨胀变形量大于同一压力水一次升压吸附煤膨胀变形量,而两种解吸试验中煤收缩变形量大小关系与之相反,残余变形量大小关系与之相同;同一压力水平下,变压力梯度降压解吸好于等梯度逐次降压解吸。     

金属试件变形断裂过程的计算模拟分析——组合功密度模型的应用

本文作者已建立了一个既适用于裂纹体亦适用于无裂纹体的统一损伤断裂模型——组合功密度模型。在本文中,作者应用该模型并结合大应变弹塑性有限元方法对40Cr制的圆棒光滑拉伸试件、圆棒切口拉伸试件和三点弯曲裂纹试件的变形和断裂过程进行了计算模拟。模拟结果很好地再现了两种圆棒拉伸试件的实验过程;而对于三点弯曲试件,模拟得到的载荷——加载位移关系曲线、裂纹扩展量——加载位移关系曲线、J_R阻力曲线和断裂韧性J_(IC)值等均与实测结果相当吻合。证实了该模型既能用于模拟预测无裂纹体中的裂纹萌生和扩展,也能模拟预测裂纹体中的裂纹起裂和稳定扩展过程。     

Numerical simulation of plastic deformation and damage accumulation in structural materials under various low-cycle loading conditions

This paper presents the results of a finite-element study of elastic-plastic deformation and damage accumulation in structural materials under various cyclic loading conditions. Material behavior is described by the relations of damage mechanics using thermoplastic model which takes into account the plastic deformation of material under cyclic loading and the kinetic equations of the energy theory of damage accumulation. The basic laws of plastic deformation and development of damage in materials under hard, soft, symmetric, and asymmetric low-cycle loading are established.     

内爆炸载荷下圆管变形、损伤和破坏规律的研究

以物理统计和唯象研究相结合的方法,建立了微孔洞型的损伤函数模型和损伤演化方程,以变形热力学,Ｄｒｕｃｋｅｒ公设和内变量理论为基础建立了含损伤热塑性材料的增量型本构关系,用所建立的本构关系及损伤演化方程对内部爆轰作用下的圆管破坏过程完成了系列数值模拟,数值结果与实验结果相比较,在圆管变形过程,破坏时间,破坏速度,破坏应变,破坏应变率等信息方面都是基本一致的。     

材料变形及损伤演化的微观物理动力机理

利用微观物理动力学对材料变形及损伤的演化进行了研究。探讨现有的简单应力状态及复杂应力状态的模型之间的内在联系，研究了损伤对材料变形及损伤演化的影响，得到了在考虑损伤时材料的变形及损伤的近似演化方程，该文研究表明微观物理动力学对描述材料的变形及损伤具有广泛可能性。     

Microscopic modelling of volume expansion and pressure dependence of plastic yielding in crystalline solids

Summary The present paper deals with a nonlinear finite element procedure for the macroscopic rate-independent analysis of micromechanics of crystalline solids undergoing finite elastic-plastic deformations including plastic volume expanding effects. Particular attention is focused on deviations from the Schmid law of the critical resolved shear stress to model different stress-deflection behavior in uniaxial tension and compression tests. Numerical simulations of elastic-plastic boundary-value problems should demonstrate the efficiency of the algorithm and discuss the influence of different model parameters on stress-carrying and deformation behavior observed experimentally. Accepted for publication 3 June 1997     

层裂损伤的细观数值分析

采用体胞模型的分析方法推导了材料在弹塑性变形阶段的孔洞增长方程。假设所有孔洞的内外半径之比相同,用数值方法定性分析了材料在层裂损伤过程中孔洞数密度分布的变化。通过分析孔洞数密度分布、孔洞体积累积百分比、不同大小孔洞所占体积份额的计算结果,指出初始损伤对损伤演化有直接影响。     

考虑晶体滑移面分解正应力的细观损伤模型

材料内部的解理、滑移面剥离等细观损伤是引起宏观失效的根源, 从细观尺度研究损伤的发生和发展有助于深入认识材料的变形和失效过程. 本文基于晶体塑性理论, 从滑移系的受力和变形出发研究材料的细观损伤, 建立了考虑滑移面分解正应力的细观损伤模型, 为晶体材料解理断裂的分析提供了新方法. 首先, 在晶体弹塑性变形构型的基础上引入损伤变形梯度张量的概念, 从变形运动学着手建立了考虑损伤能量耗散的本构方程, 并推导了塑性流动方程与损伤演化方程; 然后, 建立了相应的数值计算方法, 给出了应力与状态变量的更新算法, 推导了Jacobian矩阵的表达式; 接着, 以$[100]$取向的单晶铜材料为例, 通过有限元计算与试验结果的对比, 并采用粒子群优化算法标定了11个材料细观参数; 最后, 将所提细观损伤模型应用于RVE单轴拉伸过程的模拟, 得到了考虑损伤影响的应力应变曲线, 并分析了材料的塑性流动与损伤演化过程. 结果表明, 本文所提模型能够计算材料在受载过程中的损伤累积效应, 合理反映晶体材料的细观损伤机理.      

The simple shear oscillation and the restrictions to elastic-plastic constitutive relations

Based on the definitions of hardening, softening and ideal plastic behavior of elastic-plastic materials in the true stress tensor space, the phenomena of simple shear oscillation are shown to be relative to the oscillatory occurrence of hardening and softening behavior of elastic-plastic materials, namely the oscillation of hardening behavior, by analyzing a simple model of rigid-plastic materials with kinematical hardening under simple shear deformation. To make the models of elastic-plastic materials realistic, must be satisfied the following conditions: for any constitutive model, its response stresses to any continuous plastic deformation must be non-oscillatory, and there is no oscillation of hardening behavior during the plastic deformation.     

钢纤维混凝土的弹塑性损伤模型

根据钢纤维混凝土在反复荷载下的弹性变形规律,从应变等价性原理出发,提出了弹塑性损伤模型;分析了以往用卸载刚度代替变形模量所带来的问题。