拉压异性线性等向强化材料厚壁球壳极限分析

运用Mohr屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同的线性等向强化材料的厚壁球壳进行了极限载荷分析，得到了依赖于拉压比和强化模量的厚壁球壳极限载荷解析式和依赖于拉压比和强化模量的厚壁球壳极限载荷分析式。结果表明，材料拉压屈服强度的不同和强化特性对厚壁球壳极限载荷均有一定的影响。     

拉压屈服强度不同材料的厚壁球壳的极限分析

本文对拉压屈服强度不同（简称具有Ｓ－Ｄ效应）材料的厚壁球壳进行了极限分析。证明材料的拉压屈服强度不同对结构承载能力的影响是很明显的，所获得的反映材料拉压屈服强度不同的极限荷载公式可供设计人员参考。     

不同拉压特性的厚壁球壳分析

为了研究内压作用下厚壁球壳的弹塑性性能,以双剪统一强度理论为基础,考虑材料拉压模量不同、拉压强度差异,建立了厚壁球壳的弹性、塑性及安定极限内压的统一解,分析了拉压模量、拉压强度、壁厚不同对各个统一解的影响。研究结果表明:材料的拉压模量不同、拉压强度差异对厚壁球壳的极限内压产生一定的影响;弹性、塑性及安定极限内压均随壁厚的增加而增大,随拉压比的增大而减小。安定极限内压随半径比的变化趋势,可为选择最优壁厚提供参考。该结论为厚壁球壳的设计及工程应用提供一定的参考。     

不同拉压模量厚壁球壳弹塑性分析

对具有不同拉压模量的厚壁球壳,采用双剪统一强度理论推导了其扩张问题的应力及位移的统一解.分析了不同模量、不同模型控制参数对厚壁球壳扩张时的扩张压力和应力场的影响.结果表明:厚壁球壳弹性极限压力、应力场、位移场等均随着模量控制参数、模型参数的变化而变化,在α1的情况下(即E~+E~-),可以明显提高球壳的弹性极限压力p_e;厚壁球壳塑性极限压力与材料的拉压模量无关,与模型参数η有关,且随η的增加,先增大后减小.因此若采用经典的弹性理论和单一的模型参数对厚壁球壳进行设计计算,会带来较大的误差.     

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对具有不同拉压模量的厚壁球壳,采用双剪统一强度理论推导了其扩张问题的应力及位移的 统一解. 分析了不同模量、不同模型控制参数对厚壁球壳扩张时的扩张压力和应力场的影响. 结果表明：厚壁球壳弹性极限压力、应力场、位移场等均随着模量控制参数、模型参数的变 化而变化,在$\alpha<1$的情况下(即$E^ + < E^ - $),可以明显提高球壳的弹 性极限压力$p_e $; 厚壁球壳塑性极限压力与材料的拉压模量无关,与模型参数$\eta $有关,且随$\eta$的增加,先增大后减小. 因此若采用经典的弹性理论和单一的 模型参数对厚壁球壳进行设计计算,会带来较大的误差.     

拉压性能不同材料厚壁圆筒与厚壁球壳的极限压力

本文就拉压屈服极限不同的理想弹塑性材料厚壁圆筒及厚壁球壳在内压力作用下进行了应力分析，得到了依赖于压拉比的弹性极限载荷与塑性极限载荷．由分析结果可见，拉压性能不同材料的弹性极限载荷与塑性极限载荷均有所提高，并且随着壁厚的增加提高量也有显著增加．     

拉压性能不同材料厚壁圆筒与厚壁球壳的极限压力

本文就拉压屈服极限不同的理想弹塑性材料厚壁圆筒及厚壁球壳在内压力作用下进行了应力分析，得到了依赖于压拉比的弹性极限载荷与塑性极限载荷。由分析结果可见，拉压性能不同材料的弹性极限载荷与塑性极限载荷均有所提高，并且随着壁厚的增加提高量也有显著增加。     

拉压屈服强度不同材料的厚壁筒的极限分析

对拉压屈服强度不同（简称具有Ｓ－Ｄ效应）的材料的最壁筒进行了极限分析。结果表明，结构的极限承载能力随着材料的压拉比Ｋ的增大而增大。考虑到材料具有不同拉压性能的观点，文中的分析结果具有一般性。所给出的极限荷载公式可供结构工程设计参考     

基于双剪应力屈服准则的受内压管道爆破压力分析

采用双剪应力屈服准则,对在内压作用下的无缺陷管道进行了塑性极限分析,得到了管道爆破压力的计算公式;并且将结果与基于Tresca、Mises、平均剪应力屈服准则得到的爆破压力进行了比较.研究结果表明:爆破压力随着管道材料的应变硬化指数的增大而减小,随着管道厚径比的增大而增大;此外,基于双剪应力屈服准则得到的管道爆破压力为爆破压力的上限,而基于Tresca屈服准则得到的爆破压力为管道爆破压力的下限.     

考虑应变硬化效应的简支梁的后屈服性质

本文对于由线性应变硬化刚塑性材料构成的矩形截面简支梁在中央集中载荷作用下的载荷-挠度关系进行了研究.文中不仅考虑了应变硬化效应使梁的极限弯矩增大的作用,而且还考虑了由于应变硬化而引起的塑性区的扩展所致的挠度改变对于梁的承载能力的影响.研究表明:不仅仅材料的应变硬化特性对于梁在屈服后的承载能力有显著的影响,梁的几何特征细长比也对梁在屈服后承载能力有很显著的影响。     

考虑拉压强度差效应的厚壁圆筒承载能力分析

应用双剪统一强度理论，考虑材料的拉压异性和同性，推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中，当反映中间主应力效应的系数取不同的值时，就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果，并且绘制了在相应准则下的极限应力线图．从而可知：在三维应力状态下，应用该理论，可以获得极限载荷分析的精确解；极限载荷线图与三种屈服准则的屈服曲线是相吻合的；计算的结果可以用于拉压异性和同性的材料，为工程应用提供了理论依据．     

薄壁金属空心球结构压缩力学性能研究

金属空心球结构是一种新型的超轻多孔金属材料。本文对直接堆积和胶合堆积的两球、三球金属空心球列组元进行了单轴准静态压缩实验,分析压缩过程的变形情况,得出其应力/屈曲极限、有效弹性模量、有效应力-应变曲线,并讨论了发生屈服/屈曲的原因。基于实验现象作者提出了三种边界条件,通过分析的方法导出列组元的有效弹性模量公式,其预测值与实验结果较为符合。通过对两种不同堆积模式面组元的压缩实验,研究了金属空心球结构的力学性能和垮塌规律,分析其比刚度和比体积能量吸收值,讨论了两种不同堆积模式的面组元的特点和优越性,发现HC堆积模式具有更好的力学性能。同时对比三球列组元的有效弹性模量发现,SC堆积模式的有效弹性模量只与堆积层数有关。     

Thermo-mechanical measurement of elasto-plastic transitions during cyclic loading

The surface temperature of stainless steel SS304 low cycle fatigue specimens subjected to cyclic loading was studied using infrared thermography technique. The thermal data mapped onto the various stages of cyclic stress-strain curve shows the ability of these measurements to identify the yield points in both the compression and tension loading. Based on the results of this study, it is possible to identify the state of stress for materials such as elastic tension, plastic tension, elastic compression, plastic compression during cyclic loading using infrared thermographic data. The thermo-elastic slope and thermo-plastic slope was observed to be dependent on the prior loading cycles.     

Analytic plastic potential for porous aggregates with matrix exhibiting tension-compression asymmetry

This paper is devoted to modeling the effects of the tension-compression asymmetry of the matrix on yielding of the void-matrix aggregate. The matrix plastic behavior is described by the Cazacu et al. [2006. Orthotropic yield criterion for hexagonal closed packed metals. Int. J. Plasticity 22, 1171-1194] isotropic yield criterion, which captures strength differential effects. Using an upper-bound approach, a new analytic isotropic plastic potential for a random distribution of spherical voids is obtained. The derived analytic potential is sensitive to the third invariant of the stress deviator and displays tension-compression asymmetry. In the case when the matrix material has the same yield in tension and compression, it reduces to Gurson's [1977. Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth: Part I: Yield criteria and flow rules for porous ductile media. J. Eng. Mater. Technol. Trans. ASME Ser. H 99, 2-15.] criterion. Furthermore, the proposed criterion predicts the exact solution of a hollow sphere loaded in hydrostatic tension or compression. The accuracy of the proposed analytical criterion is assessed through comparisons with finite-element cell calculations.     

Finite element simulation on the mechanical properties of MHS materials

Finite element simulations are carried out to examine the mechanical behavior of the metallic hollow sphere (MHS) material during their large plastic deformation and to estimate the energy absorbing capacity of these materials under uniaxial compression. A simplified model is proposed from experimental observations to describe the connection between the neighboring spheres, which greatly improves the computation efficiency. The effects of the governing physical and geometrical parameters are evaluated; whilst a special attention is paid to the plateau stress, which is directly related to the energy absorbing capacity. Finally, the empirical functions of the relative material density are proposed for the elastic modulus, yield strength and plateau stress for FCC packing arrangement of hollow spheres, showing a good agreement with the experimental results obtained in our previous study.     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件试验研究

以轴压比和长细比为主要参数设计了7根圆中空夹层钢管混凝土试件,为了便于对比分析,同时设计了2根圆实心钢管混凝土试件,对其在压扭复合受力状态下的力学性能进行了试验研究。对试验现象和试验结果进行了描述与分析,结果表明:圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的扭矩-转角全过程曲线未出现下降段,试件表现出一定的后期承载潜力,具有较好的塑性和延性性能;钢管对混凝土的约束效应在加载后期更为显著;轴压比、长细比和空心率对压扭试件的初始刚度影响不大,但轴压比和长细比对试件的抗扭承载力有一定影响。最后,采用压扭构件承载力相关方程对圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的抗扭承载力进行了计算,计算结果与试验结果基本接近且总体偏于安全,可为工程设计提供参考。     

冲击荷载作用下简支圆板的塑性动力响应统一解

采用统一强度理论求解了简支圆板在中等脉冲荷载作用下的动力响应问题,得出了统一的动力塑性极限荷载、内力场和速度场,并给出了上限解和下限解。讨论了静力许可条件和运动许可条件。利用本文的解还得出了简支圆板在静力荷载作用下的极限荷载、内力场和速度场。根据选择不同的拉压比参数,本文所给出的解可以适用于各种拉压异性和拉压同性材料。Tresca解、Mohr Coulomb解和双剪统一屈服准则解是本文的特例,Mises解是本文当=1和b=0.5时的线性逼近。研究结果表明,拉压比和强度理论参数b对动力解的影响要大于对静力解的影响,所以,根据材料的不同选择合适的强度理论,对于更好的发挥材料的强度潜力,减轻结构的重量具有重要的意义。     

Finite element simulations on the mechanical properties of MHS materials

Finite element simulations are carried out to examine the mechanical behavior of the metallic hollow sphere (MHS) material during their large plastic deformation and to estimate the energy absorbing capacity of these materials under uniaxial compression. A simplified model is proposed from experimental observations to describe the connection between the neighboring spheres, which greatly improves the computation efficiency. The effects of the governing physical and geometrical parameters are evaluated; whilst a special attention is paid to the plateau stress, which is directly related to the energy absorbing capacity. Finally, the empirical functions of the relative material density are proposed for the elastic modulus, yield strength and plateau stress for FCC packing arrangement of hollow spheres, showing a good agreement with the experimental results obtained in our previous study. The project supported by the Hong Kong Research Grant Council (RGC) (HKUST 6079/00E) and the National Natural Science Foundation of China (10532020).