耦合蠕变损伤的粘塑性模型用于疲劳-蠕变交互作用的研究

该文对550℃下30CrMoNiV5-11转子钢进行了轴向应力控制的带保持时间的疲劳实验.按照Le-maitre有效应力的概念,采用Kachanov损伤演化方程,推导了耦合损伤的粘塑性流动方程和随动硬化方程,使用返回映射和向后欧拉方法实现应力更新,并在有限元软件ANSYS的接口程序UMAT中嵌入用户程序.对试样疲劳-蠕变交互行为进行模拟,结果表明,耦合蠕变损伤变量后,模拟结果较不含损伤变量模型的模拟结果精度大为提高.     

预估结构中的塑性破坏或蠕变疲劳破坏的损伤模型

本文采用卡恰诺夫(Kachanov)的有效应力,从热力学概念发展了损伤的力学理论.对于各向同性的三维损伤,引入当量标量应力,该应力是平均应力和八面体剪应力的线性组合.从而建立了塑性、蠕变和疲劳损伤现象的本构方程.本文阐述了对各类材料验证这三种模型所必要的试验和方法,并且将损伤度量与弹性、塑性或粘塑性效应相联系.本文还给出解预估局部破坏的损伤方程的一些方法上的启示.     

基于统计损伤理论的冻土蠕变本构模型研究

假定冻土粘塑性微元损伤符合修进的莫尔-库仑准则,损伤变量服从Weibull随机概型分布;基于热力学原理和统计损伤理论,通过推导得到了相关联流动法则下的蠕变损伤耦合本构方程.为了便于研究冻土蠕变和损伤的耦合作用,将提出的本构模型,通过用户子程序嵌入到有限元程序中.最后,对冻土中桩基承载力模型试验进行了数值模拟,结果表明:基于统计损伤理论的冻土蠕变本构模型能较好的模拟冻土蠕变变形的全过程,并且与实测蠕变变形十分吻合,该模型对冻土结构物长期稳定性分析和工程预测具有重要参考意义.     

调质42CrMo钢的棘轮-疲劳交互作用及其耦合损伤粘塑性本构模型

对调质42CrMo钢的棘轮-疲劳交互作用的实验结果进行了分析,揭示了材料在非对称应力循环下的全寿命棘轮变形特征和低周疲劳损伤演化特性.在统一粘塑性循环本构模型框架下,基于连续损伤力学理论,提出一个耦合损伤的牯塑性本构模型.该模型中将损伤分为宏观弹性损伤和塑性损伤两部分,并采用不同的损伤演化方程来描述这两类损伤.针对材料不同的失效模式,分别采用损伤变量门槛值和最大应变作为失效判据.将模型应用于调质42CrMo钢单轴应力循环下全寿命棘轮行为的描述和低周疲劳寿命预测中,模拟结果和实验结果吻合较好.     

SnPb钎料合金的粘塑性Anand本构方程

采用统一型粘塑性本构 Anand方程描述了电子封装焊点 Sn Pb钎料合金的非弹性变形行为 ,基于 Sn Pb 合金的弹塑性蠕变本构方程和实验数据 ,确定了6 2 Sn36 Pb2 Ag、6 0 Sn40 Pb、96 .5 Sn3.5 Ag和 97.5 Pb2 .5 Sn四种钎料合金 Anand方程的材料参数 ,验证了粘塑性 Anand本构方程对 Sn Pb合金在恒应变速率和稳态塑性流动条件下应力应变行为的预测能力。结果表明 ,Anand方程能有效描述 Sn Pb钎料的粘塑性本构行为 ,并可应用于电子封装 Sn Pb焊点的可靠性模拟和失效分析     

一种新的岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究

为了克服传统元件组合模型不能描述岩石蠕变过程中非线性特征的缺陷，首先根据加速蠕变阶段的应变和应变率随蠕变时间急剧增大的特点，建立黏塑性应变与蠕变时间的指数函数关系并提出非线性黏塑性体．将该非线性黏塑性体与广义Burgers蠕变模型串联，建立可以描述岩石全蠕变过程的非线性黏弹塑性蠕变模型，根据叠加原理得到一维应力状态下的轴向蠕变方程．然后基于塑性力学理论指出岩石三维蠕变本构方程建立过程中的不足之处，并给出非线性黏弹塑性蠕变模型合理的三维蠕变方程．最后采用不同应力水平下砂岩轴向蠕变试验对模型合理性进行验证，结果表明：拟合曲线与试验曲线吻合度较高，所建蠕变模型能够很好地描述砂岩在不同应力水平下的蠕变变形规律，尤其对加速蠕变阶段的非线性特征描述效果很好，验证了模型的合理性．     

考虑水化学损伤的岩石真三轴蠕变本构模型

为了准确描述岩石在酸性环境下真三轴蠕变行为的各阶段特征,基于水岩作用的化学动力学理论,定义了考虑PH值与时间的化学损伤因子,将弹性体,非线性Kelvin体,线性Kelvin体和黏弹塑性体进行串联,并考虑岩石在真三轴应力作用下的实际情况,建立岩石酸腐与真三轴应力耦合作用下的损伤蠕变本构模型,通过已有的蠕变试验数据对该模型进行参数辨识与验证,并通过数据拟合得到岩石在真三轴应力下的屈服面方程,探讨中间主应力对蠕变模型的影响.结果表明,推导的本构模型能很好地描述岩石在酸腐作用下真三轴蠕变行为的各阶段特性,验证了其合理性与准确性.     

考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程

基于Rice不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题.通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程.通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点.受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态.在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展.能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.     

考虑损伤的内变量黏弹-黏塑性本构方程

基于Rice 不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题. 通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹-黏塑性本构方程. 通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点. 受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态. 在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展. 能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.      

在法向应力影响下岩质材料的非线性粘塑性蠕变属性

1 引言文献[2]在S S Vyalov 的研究基础上,进一步改进和完善了Vyalov 的研究假设,分别提出了在纯剪和单轴压缩条件下的岩质材料非线性蠕变模型,但是,未曾进行复杂应力状态下的非线性蠕变性态的研究.因此,本文将在此基础上,对岩质材料非线性剪切蠕变性态进行深入的研究,进一步考虑最大剪应力面上的法向应力对岩质材料非线性粘塑性剪切蠕变的影响,提出了反映法向应力影响的岩质材料非线性粘塑性剪切蠕变的力学模型和蠕变方程,并给出了在一定的法向应力和剪切应力下,岩质材料发生衰减蠕变、线性蠕变和加速蠕变变形所需满足的条件.     

温度循环应力剖面对QFP焊点热疲劳寿命的影响

采用统一型粘塑性Anand本构方程描述了QFP(四方扁平封装)焊点的粘塑性力学行为,利用有限元分析软件建立组装在印制电路板上QFP的有限元模型,通过研究焊点内部总应变范围的变化进而研究温度循环应力剖面各个参数对焊点热疲劳寿命的影响,为设计合理的温度循环应力剖面提供了理论依据。     

循环硬化材料本构模型的隐式应力积分和有限元实现

针对新发展的、能够描述循环硬化行为应变幅值依赖性的粘塑性本构模型,讨论了它的数值实现方法。首先,为了能够对材料的循环棘轮行为（Ratcheting）和循环应力松弛现象进行描述,对已有的本构模型进行了改进;然后,在改进模型的基础上,建立了一个新的、全隐式应力积分算法,进而推导了相应的一致切线刚度（Consistent Tangent Modulus）矩阵的表达式;最后,通过ABAQUS用户材料子程序UMAT将上述本构模型进行了有限元实现,并通过一些算例对一些构件的循环变形行为进行了有限元数值模拟,讨论了该类本构模型有限元实现的必要性和合理性。     

高应变率大变形下的聚丙烯/尼龙共混高聚物损伤型本构特性

对两种采用不同相容剂的聚丙烯（PP）和尼龙（PA）共混高聚物材料在大变形下的粘弹性力学行为进行研究,着重考察应变率效应和损伤的演化,从而分析不同的界面分子设计对共混体系材料宏观性能的作用。在准静态及冲击实验研究的基础上,基于ZWT非线性粘弹性模型,并结合了遗传算法,分别得到了能有效描述两种共混高聚物大变形阶段计及损伤的非线性粘弹性本构关系。两种材料在不同加载条件下表现出明显不一致的性能,原因在于其损伤演化的率相关性,且两种材料的大变形机制存在一定的差别,能用ZWT方程进行描述的范围也不一样。     

压电薄板切口尖端前沿力电损伤场分析

基于Yang等建立的三维各向异性压电损伤本构模型,给出了广义平面应力压电损伤问题的本构方程和有限元平衡方程,运用有限元方法分析了张开角和深度对切口前沿力电损伤分布的影响规律。结果表明,张开角对力损伤的影响较小,并且几乎不改变力电损伤的区域尺寸,但是深度对力电损伤的大小和区域尺寸都有很大的影响。     

A thermo-viscoelastic–viscoplastic–viscodamage constitutive model for asphaltic materials

A temperature-dependent viscodamage model is proposed and coupled to the temperature-dependent Schapery’s nonlinear viscoelasticity and the temperature-dependent Perzyna’s viscoplasticity constitutive model presented in Abu Al-Rub et al., 2009, Huang et al., in press in order to model the nonlinear constitutive behavior of asphalt mixes. The thermo-viscodamage model is formulated to be a function of temperature, total effective strain, and the damage driving force which is expressed in terms of the stress invariants of the effective stress in the undamaged configuration. This expression for the damage force allows for the distinction between the influence of compression and extension loading conditions on damage nucleation and growth. A systematic procedure for obtaining the thermo-viscodamage model parameters using creep test data at different stress levels and different temperatures is presented. The recursive-iterative and radial return algorithms are used for the numerical implementation of the nonlinear viscoelasticity and viscoplasticity models, respectively, whereas the viscodamage model is implemented using the effective (undamaged) configuration concept. Numerical algorithms are implemented in the well-known finite element code Abaqus via the user material subroutine UMAT. The model is then calibrated and verified by comparing the model predictions with experimental data that include creep-recovery, creep, and uniaxial constant strain rate tests over a range of temperatures, stress levels, and strain rates. It is shown that the presented constitutive model is capable of predicting the nonlinear behavior of asphaltic mixes under different loading conditions.     

棒材通过锥形模静液挤压成形的无网格法分析

建立了一种基于初始构形及有限变形的粘塑性弹性本构关系，并由空间描述的Galerkin能量弱变分原理，经一致转换得一整体拉格朗日方程描述下的动量平衡方程．同时经线性化处理给出了显示中心差分法求解格式，以棒材通过锥形模的静液挤压成形为例进行了全面的EFG法数值模拟，从而证明了有限变形粘塑性EFG法对实际成形工艺分析、优化及设计的有效性。     

A new constitutive equation for solid propellant with the effects of aging and viscoelastic Poisson’s ratio

A new constitutive equation for solid propellant with the effects of aging and viscoelastic Poisson’s ratio is proposed. Effects of thermo-oxidative aging and viscoelastic Poisson’s ratio are considered in this comprehensive constitutive equation with two sets of reduced time system coping with the time and temperature dependence. In order to simulate the single and combined effects of aging and viscoelastic Poisson’s ratio, constitutive equation is rewritten into an incremental form and implemented in the user subroutine UMAT at the platform of finite element code ABAQUS. Detailed procedure for acquiring the parameters in constitutive equation is introduced and conducted for the subsequent applied analysis. Two typical loading cases during the service life of solid rocket motor and four sets of combined constitutive models are simulated. Von Mises strain and stress distribution and their changes versus time are utilized as the main analysis index. The results show that the effects of aging and viscoelastic Poisson’s ratio or their combinations will improve or decrease the level and change the distribution of Von Mises strain and stress in varying degrees.