非线性随动强化条件下的安定定理

基于经典的安定理论与随动强化模型的一般性质,将结构在强化过程中的背应力计入Von Mises屈服准则,建立了随动强化条件下结构的静力安定定理;将背应力与对应的塑性应变率的点积在一个载荷循环内的积分计入塑性耗散功,建立了随动强化条件下结构的机动安定定理,扩展了经典安定理论的应用范围。针对两种定理的存在格式进行了理论证明,并以推论形式给出了结构在随动强化条件下静力安定和机动安定另外两种存在格式。结果表明,随动强化材料的安定状态和安定极限不受强化过程的影响,只取决于材料的初始屈服应力和最终屈服应力。     

半球封头圆柱壳的安定分析

半球封头圆柱壳结构的力学分析是工程实际中提出的一个重要课题。本文应用 Melan 静力安定定理和修正的运动安定定理对半球封头圆柱壳结构进行安定上下限分析和计算,编制了专门的程序,并就修正的运动安定定理与极限分析上限定理进行比较。     

轴对称巷道变形的弹塑性理论分析

本文采用莫尔－库仑准则和非关联流动法则分析了轴对称巷道围岩的变形规律。从轴对称平面应变问题的基本方程出发，导出巷道变形的理想弹塑性位移解答，给出其适用条件和实例计算结果。     

结构安定分析的Galerkin边界元方法

基于Melan静力安定定理,利用Galerkin边界元方法建立了多组交变载荷作用下结构安定分析的下限计算格式.在给定载荷域的载荷角点所对应载荷作用下,采用Galerkin边界元法计算相应的虚拟弹性应力场,并且利用结构在Galerkin边界元弹塑性增量计算中同一增量步中不同迭代步之间的应力差作为自平衡应力场的基矢量,通过这些基矢量的线性组合构造了自平衡应力场,大大降低了所形成的数学规划问题的未知变量数.并通过复合形法对非线性规划问题直接进行求解,得到了结构在交变载荷作用下的下限安定乘子.计算结果表明,所采用的方法具有较高的精度和计算效率.     

砂土的应力路径本构模型

将微元应力路径线性逼近，转变成与其充分接近且易于计算应变的等平均应力微元和等应力比微元，计算任意加荷应力路径所产生的塑性应变，建立了双屈服面的砂土应力路径本构模型．模型体现了岩土塑性理论分量屈服和非关联流动法则的要求，在p，q平面内根据双线性的屈服线确定了加卸载准则．结合广义非线性强度理论采用变换应力三维化方法简单、合理地使模型实现三维化．通过试验数据的验证表明，砂土应力路径本构模型可以合理地描述各种应力路径下砂土的变形和强度特性。     

基于非关联流动规律的Gotoh屈服准则的参数确定方法

屈服准则对板料成形过程的理论解析、工艺优化和有限元模拟有着重要的影响.通过提高屈服准则的各向异性表征能力,可以确保成形过程的可靠性及实际预测的准确性.本文基于非关联流动法则,给出了Gotoh屈服准则一套全新的参数求解方法.在结合常用屈服准则并考虑流动规律的基础上,分别以5754O铝合金、DP980先进高强钢和SAPH440结构钢作为研究对象,进行了不同加载路径下各向异性变形行为的预测.根据Gotoh屈服准则推导的屈服函数、塑性势函数以及基于关联流动的理论函数计算出屈服应力和各向异性指数r值随加载角度的分布趋势,进而针对平面应力状态的屈服轨迹展开分析,验证了不同屈服准则和流动规律对各向异性屈服行为的预测精度.理论与实验数据对比结果表明:不同屈服准则针对同种板料在流动规律一致的情形下其表征各向异性的能力有显著差异;相同屈服准则基于不同流动规律其表征能力也具有明显差别.基于非关联流动的屈服准则能极大地提高精度,各向异性表征能力显著加强.相关结果能够为各向异性屈服准则在塑性成形领域的实际应用方案提供重要参考.     

基于非关联流动规律的Gotoh屈服准则的参数确定方法

屈服准则对板料成形过程的理论解析、工艺优化和有限元模拟有着重要的影响. 通过提高屈服准则的各向异性表征能力, 可以确保成形过程的可靠性及实际预测的准确性. 本文基于非关联流动法则, 给出了Gotoh屈服准则一套全新的参数求解方法. 在结合常用屈服准则并考虑流动规律的基础上, 分别以5754O铝合金、DP980先进高强钢和SAPH440结构钢作为研究对象, 进行了不同加载路径下各向异性变形行为的预测. 根据Gotoh屈服准则推导的屈服函数、塑性势函数以及基于关联流动的理论函数计算出屈服应力和各向异性指数$r$值随加载角度的分布趋势, 进而针对平面应力状态的屈服轨迹展开分析, 验证了不同屈服准则和流动规律对各向异性屈服行为的预测精度. 理论与实验数据对比结果表明: 不同屈服准则针对同种板料在流动规律一致的情形下其表征各向异性的能力有显著差异; 相同屈服准则基于不同流动规律其表征能力也具有明显差别. 基于非关联流动的屈服准则能极大地提高精度, 各向异性表征能力显著加强. 相关结果能够为各向异性屈服准则在塑性成形领域的实际应用方案提供重要参考.      

含缺陷轴对称体的安定与极限分析

利用静力安全定理得到了计算轴对称体安定与极限载荷的统一格式，采用温度参数法构造安定分析所需的残余应力场，为了克服对工程实际问题进行安定分析时解题规模与计算精度的矛盾，针对轴对称体的特点，采用两种线性化方案对屈服面进行线性化处理，即直接内接法和在降维应力偏量空间中对屈服面的线性化处理，使安定分析转化为一线性规划问题，在简化过程中合理选择线性化方案以便使应力校核点接近精确的屈服面；为了减小计算量，在求     

弹性地基上间断中厚矩形板的非线性静力分析

研究弹性地基上带传力杆的间断中厚矩形板的非线性静力特性。荷载在传力杆中的传递由竖向弹簧模拟,其弹簧刚度取决于传力杆的特性以及杆与板间的相互作用。根据能量变分原理,考虑地基耦合效应,建立了双参数地基上带传力杆的间断矩形中厚板的非线性静力控制方程。构造出一组满足所有边界条件的试探函数,应用伽辽金法对该组非线性方程进行求解。数值算例中,讨论了传力杆参数、板的结构参数及地基参数对弹性地基上间断矩形中厚板的非线性静力特性的影响。     

基于能量原理的连续体结构安定分析

基于安定分析的静力定理,建立了一种以结构吸收的塑性能为安定判断准则,应用一种特殊的加载方式求解连续体结构安定问题的数值方法.应用这种能量方法对两个经典安定分析算例进行了计算,与相关结果进行对比表明能量法的有效性和可靠性.该方法摆脱了传统分析方法中的数学规划运算,有较高的求解效率,可方便地应用于实际工程中.     

应变强化模型的安定准则研究

基于Melan经典的安定理论和von Mises屈服准则,建立了塑性应变强化条件下结构安定的数学模型,根据与时间无关的应力场的特性,对结构中与时间无关的应力场进行了合理的数学变换,将其与载荷变化系数联系起来,推导出与其对应的结构安定极限范围的表达式,给出塑性应变强化模型安定性存在的简化条件.该结论有利于简化应变强化条件下结构的安定分析.     

A new approach to shakedown analysis for non-standard elastoplastic material by the bipotential

On the basis of the implicit standard materials that introduces a function, called bipotential, depending on both the stress and plastic strain rate, this paper is devoted to present a new approach of shakedown analysis for non standard elastoplastic materials. The bipotential theory was successfully applied to geomaterials with non-associated flow rule and Coulomb's dry friction law. The present analysis is different to the Melan's potential and it is based on a corner stone inequality satisfied by the bipotential and the existence of time-independent residual stress field. The deduction of bound theorems, static and kinematic, is detailed in the present article.     

用摄动法分析准静态载荷下弹塑性结构的安定问题

本文借助于摄动法用分段线性加载面讨论了弹塑性结构在准静态载荷下的安定问题,给出了一个普遍适用的不等式,由此导出了广义的米兰(Melan,1938)安定准则以及位移与塑性变形的界,并举例进行了说明。     

A non-associated flow rule for sheet metal forming

An improved model of material behavior is proposed that shows good agreement with experimental data for both yield and plastic strain ratios in uniaxial, equi-biaxial, and plane-strain tension under proportional loading for steel, aluminum and possibly other alloys. This model is based on a non-associated flow rule in which the plastic potential and yield surface functions are defined by quadratic functions of the stress tensor. The plastic potential aspect of the model is identical to that proposed by Hill for a quadratic anisotropic plastic potential defined in terms of measured r values. The new model differs in that the yield surface, although also defined by a quadratic function of the stress tensor, is defined independently of the plastic potential in terms of measured yield stresses. The model is developed and implemented in an FEM code that is based on a convected coordinate system. Since the associated flow rule, which assumes equivalency between the plastic potential and yield functions, is commonly accepted as a valid law in the theory of plastic deformation of most metals, the arguments for the associated flow rule are also discussed.     

钢轨短波波磨的产生机理

通过对轮-轨系统进行动力学分析,指出高频率的能量传播主要集中于轮轨之间,在对轮-轨系统进行有限元分析的基础上,研究了轨道的受力情况和摩擦系数对应力分布的影响。讨论了轨道的弹塑变形和安定极限。     

Zur numerischen Untersuchung des Einspielverhaltens elasto-plastischer Scheiben unter mechanischen und thermischen Wechsellasten

Übersicht Ein Finite-Element-Verfahren zur Berechnung von Einspiellastfaktoren elastisch-idealplastischer Scheiben auf der Grundlage des Melanschen Theorems wird vorgestellt. Berechnungsheispiele illustrieren die Methode.

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On the numerical investigation of the shakedown of elastic-plastic disks under variable mechanical and thermal loads

Summary A finite element procedure for the calculation of shakedown loading factors of elastic-ideal plastic disks basing on Melan's theorem is presented. Sample calculations illustrate the method.

     

Structural shakedown for elastic–plastic materials with hardening saturation surface

An elastic–plastic material model with internal variables and thermodynamic potential, not admitting hardening states out of a saturation surface, is assumed as a basis to formulate a statical Melan-type shakedown theorem. Grounding on the optimality conditions relative to the shakedown load multiplier problem for a structure subjected to cyclic loads, the impending inadaptation collapse mechanism at the shakedown limit state is analyzed and discussed. It is shown that the adopted model is able to catch ratchetting collapse mode at a structural level. Numerical results for a simple structure are finally reported.     

Constitutive modelling of cyclic plasticity of metal particulate-reinforced brittle matrix composites under compression-compression loading

The Mori-Tanaka approach is used to modelling metal particulate-reinforced brittle matrix composites under cyclic compressive loading. The J₂-flow theory is considered as the relevant physical law of plastic flow in inclusions. Ratchetting of the composite is prevented by the strong constraint exerted by the matrix on the inclusions, even under the assumption of evanescent kinematic hardening. However, the weakening constraint power of the matrix caused by microfracture damage around inclusions is closely coupled with the plasticity of inclusion and leads to ratchetting even when the plastic deformation of inclusions is described by an isotropic hardening rule. A detailed parametric study has revealed that ratchetting is followed by either plastic or elastic shakedown, depending on the load amplitude, composite parameters and the mean length of microcracks.     

干态下车轮材料表面疲劳裂纹萌生试验研究

利用WR-1轮轨滚动磨损试验机,结合安定极限理论研究了干态下影响车轮材料表面疲劳裂纹萌生与扩展的因素,探究了表面疲劳损伤形成机理和演变规律.结果表明:随垂向力、横向力和冲角增大,表面疲劳裂纹越容易萌生扩展;冲角对表面疲劳裂纹的萌生与扩展起着重要作用,大冲角下斜线状表面疲劳裂纹萌生扩展明显;只有横向力而不存在冲角时,试样表面不会出现斜线状表面疲劳损伤;车轮试样在周期性循环载荷作用下在表面先形成塑性流动,然后沿轮轨表面切向力方向扩展成斜线状的表面疲劳起皮剥落损伤;垂向力是影响表面裂纹萌生时间的重要因素之一.     

影响弹塑性结构安定性的各种因素

安定分析是结构设计或承载能力研究的一个重要方面。本文首先简单介绍了经典安定理论、分析方法及其工程应用,然后从影响安定性的诸因素出发,对安定理论的近期发展进行了综述,包括安定理论在热载荷、几何效应、应变强化效应、动力效应等方面的推广和应用,塑性应变(或残余变形)的限制方法,以及安定性的实验成果等。