关于时空标架变换和物质标架无关性原理

建立了欧几里德标架无关性的一般表述与某一参考标架\phi下作相对刚体运动的一般曲线坐标、分量表述之间的关系,从而使欧几里德标架无关性的张量表述有相应的分量表述形式.建立这种联系的基础是, 参考标架\phi^\ast 下描述的运动在参考标架\phi 中某坐标系下的分量结果, 对应于\phi下另一相对该坐标系作相同刚体运动的坐标系下描述\phi观测的运动的分量结果. 通过例子说明了Truesdell和Noll用等价动力过程,关于物质标架无关性原理的陈述,比Svendsen和Bertram及Liu的本构关系在参考标架变换下的形式不变性更合理且方便,尤其是对微分方程形式的本构关系更是如此.      

率形式大变形弹塑性本构律中的超弹性条件

本文证明了若取客观应力率为 Kirchhoff 应力的 Oldroyd 导数,对于 Lame 参数λ、μ为常数的情况,率形式弹性本构律的可积条件为 λ=0。这显然表明在大变形情况下率形式弹塑性本构律与超弹性条件这两者之间在一般情况下并不协调。文中还讨论了几种弹性本构律可以近似用于大变形描述的情况。     

一种新的应力率定义

本文研究客观应力率的定义及表示,在放弃了客观应力率形式上的对称性以后定义了一类广义的非对称的客观应力率。从Cauchy应力原理出发,通过构造应力向量形式上和变形及变形率无关的客观导数,得到两种形式的应力率;它们表示作用在参考构形中单位物质面元应力向量的真实变化,这样就消除了应力率定义中的不确定性。用新应力率对次弹性体简单剪切进行了计算,得到的应力不振荡,且满足超弹性正应力-剪应力普适关系。     

论塑性旋率本构方程的必要性

在有限变形弹塑性理论中,本构方程通常是以率型形式给出的。因此,应变率的分解将是一个十分基本的问题。在当前,较为流行的是基于中间构形的应变率分解,而这其中最有影响的有 Lee,E.H.等人的工作和 Dafalias 等人的工作。然而,本文的研究表明,至少在某些特殊情况下,我们可以得到与微观子结构定向旋率的有关表达式。这就使给出塑性旋率本构方程变得不必要了。显然,本文的结果既不同于 Dafalias 的工作,也不同于 E.H.Lee等人的工作。前者需要通过塑性旋率的本构方程来确定微观子结构定向的旋率,而后者则需要作出附加的隐含假设来避免给出塑性旋率的本构方程。可以相信,本文工作将可能为有限弹塑性变形的本构理论提供一种新的途径。     

考虑强度与固化变形的复合材料加筋壁板铺层优化方法

加筋壁板是复合材料飞行器主承力构件的主要结构形式,通过复合材料铺层参数设计可以有效优化壁板的强度,但铺层参数的变化也会影响壁板的固化变形.因此,复合材料加筋壁板铺层设计过程中需要综合考虑整体强度和固化变形.本文针对复合材料加筋壁板结构,建立了失效分析模型和固化变形分析模型;基于实验设计方法、NSGA-Ⅱ遗传算法以及上述分析模型,建立了综合考虑强度与固化变形的加筋壁板铺层优化方法.优化结果显示复合材料加筋壁板在强度提高的同时,固化变形显著降低.     

膨胀性土壤中水分反常吸附的分形导数模型

本文基于物质坐标,构建了膨胀性土壤中水分吸附的时间分形导数模型,其中物质坐标建立了土壤含水率与空间坐标的联系,并推导了膨胀性土壤中水分的累积吸附量.分形导数模型对应水分的累积吸附量为时间分形导数的阶数和扩散系数的函数.分形导数的阶数能够用于吸附过程的分类,表征介质的非均质性.本文结合黑土和砂土中水分累积吸附,验证了该模...     

基于对数应力率大应变本构关系的参数标定研究

在所有率型弹塑性本构模型中,只有对数应力率对应的本构模型能够满足自适应准则.基于对数应力率,采用实心圆轴扭转实验,对大应变弹塑性本构模型中的参数标定问题进行了讨论.推导出了考虑Swift效应时端部自由实心圆轴扭转变形的变形率、对数旋率、Kirchhoff应力及Kirchhoff应力的对数应力率.对于等向强化大应变弹塑性本构关系,给出了由实心圆轴扭转实验标定的、基于Kirchhhoff应力对数应力率的本构关系中塑性刚度函数的表达式.分析了扭转圆轴的Swift效应对塑性刚度函数的影响.结果表明,实心圆轴扭转的轴向伸长变形和径向变形对基于对数应力率大应变本构关系中的塑性刚度函数都有影响.当不考虑Swift效应时,所得塑性刚度函数表达式与不考虑Swift效应时基于Jaumann应力率的塑性刚度函数表达式相同.     

物质点法的理论和应用

物质点法采用质点离散材料区域, 用背景网格计算空间导数和求解动量方程,避免了网格畸变和对流项处理, 兼具拉格朗日和欧拉算法的优势, 非常适合模拟涉及材料特大变形和断裂破碎的问题. 本文详细论述了物质点法在基本理论、算法和软件开发方面的进展, 包括广义插值物质点法、接触算法、自适应算法、并行算法、与其他算法的杂交和耦合等. 系统地总结了物质点法在超高速碰撞、冲击侵彻、爆炸、动态断裂、流固耦合、多尺度分析、颗粒材料流动和岩土失效等一系列涉及材料特大变形问题中的应用,展示了其相对于传统数值计算方法的优势.     

基于中间构形的大变形弹塑性模型

在大变形弹塑性本构理论中,一个基本的问题是弹性变形和塑性变形的分解.通常采用两种分解方式,一是将变形率(或应变率)加法分解为弹性和塑性两部分,其中,弹性变形率与Kirchhoff应力的客观率通过弹性张量联系起来构成所谓的次弹性模型,而塑性变形率与Kirchhoff应力使用流动法则建立联系;另一种是基于中间构形将变形梯度进行乘法分解,它假定通过虚拟的卸载过程得到一个无应力的中间构形,建立所谓超弹性-塑性模型.研究了基于变形梯度乘法分解并且基于中间构形的大变形弹塑性模型所具有的若干性质,包括:在不同的构形上,塑性旋率的存在性、背应力的对称性、塑性变形率与屈服面的正交性以及它们之间的关系.首先,使用张量函数表示理论,建立了各向同性函数的若干特殊性质,并导出了张量的张量值函数在中间构形到当前构形之间进行前推后拉的简单关系式.然后,基于这些特殊性质和关系式,从热力学定律出发,建立模型在不同构形上的数学表达,包括客观率表示的率形式和连续切向刚度等,从而获得模型所具有的若干性质.最后,将模型与4种其他模型进行了比较分析.      

An important fundamental concept of °uid mechanics

不可压缩流体是流体力学的一个重要基本概念,但在流体力学教学的过程中,不可压缩流体与不可压缩均质流体这两个概念经常被混淆,在一些流体力学的教科书中,这两个概念也常被混为一谈,其关键是对物质(随体)导数这个概念理解不正确. 本文对不可压缩流体与不可压缩均质流体这两个重要的流体力学概念进行了辨析,并以此为切入点,介绍了如何理解物质(随体)导数、时间导数、空间导数等概念的区别与关系,澄清了一些教科书中的错误论述.     

On embedded material derivative and frame spin

In the present paper, the concept of embedded material derivative is proposed, the general expression for frame spin is derived, the difference between embedded material derivative and conventional one of trial unit vectors is clarified. Furthermore, the formula for strain-rate frame spin is obtained. And by means of this example, the distinction between the two kinds of material derivatives is discussed. Then, the relations between several frame spins and the rates of corresponding tensors co-rotating with the frame are elucidated. Now part-time Ph.D. student at Tsinghua University.     

埋置框架质量检测的探讨

提出了埋置框架的回传射线矩阵法，研究了方波脉冲轴向作用、水平作用和斜向作用下有缺陷埋置框架和无缺陷埋置框架的速度波．结果表明；横向速度波不能识别埋置框架的基桩缺陷，轴向速度波可以识别，而且基桩缺陷信号很强烈；脉冲水平作用不能识别基桩缺陷，轴向或斜向作用可以识别．     

成层地基中变模量埋置框架的波动响应研究

基于埋置框架的回传射线矩阵法,研究土体刚度对埋置框架速度波的影响,探讨接收点对成层地基中的有缺陷埋置框架轴向速度波的影响规律,比较有缺陷埋置框架与有缺陷单桩基础的轴向速度波.结果表明:土体刚度对成层地基中的埋置框架横向速度波影响较大,有缺陷埋置框架与有缺陷单桩基础的轴向速度波有较好的一致性.     

Systematic remarks on objectivity and frame-indifference,liquid crystal theory as an example

In this paper objectivity and material frame-indifference are systematically discussed, because changing the observer and changing the motion of a material with respect to an observer independent standard frame of reference have to be distinguished carefully. Objectivity and observer invariance of the physical laws and of the constitutive mappings are introduced. Semi-objectivity and objectivity of different time derivative operators are investigated. As examples, changing the observer in liquid crystal theory and changing the motion in linear heat conducting materials is considered.     

在埋置框架中应力波传播的影响因素分析

基于埋置框架的回传射线矩阵法,分析桩土刚度比、荷载作用方向等对埋置框架轴力波、剪力波和弯矩波的影响,并与框架结构进行比较。结果表明:荷载作用方向对埋置框架的轴力波和弯矩波影响较大;由于土体的影响,埋置框架与普通框架的瞬态波有很大不同。     

Induced damage by ellipsoidal cracks in an anisotropic medium

This paper is concerned with an estimation of the effective elastic properties of an anisotropic body permeated by ellipsoidal cracks following the Eshelbys method. The classical integral expression of the P-tensor, the symmetrised derivative of the Greens tensor, is given for a 3D defined crack embedded in an anisotropic medium. The numerical evaluation of the P-tensor is validated with several limiting cases of simplified geometry cracks. The interest of a 3D representation of the cracks is shown with several applications: influence of the ellipticity and crack thickness aspect ratios, growing cracks. To conclude, a comparison between theoretical results and experimental data is done for the load-induced change of the compliance tensor for a damaged composite material.     

Assessment of crystal plasticity based calculation of the lattice spin of polycrystalline metals for FE implementation

When texture is incorporated in the finite element simulation of a metal forming process, much computer time can be saved by replacing continuous texture and corresponding yield locus updates by intermittent updates after strain intervals of e.g. 20%. The hypothesis that the evolution of the anisotropic properties of a polycrystalline material during such finite interval of plastic deformation can be modelled by just rotating the initial texture instead of continuously updating it by means of a polycrystal deformation model is tested in this work. Two spins for rotating the frame have been assessed: the classical rigid body spin and a crystal plasticity based “Mandel spin” (calculated from the rotated initial texture) which is the average of the spins of all the crystal lattices of the polycrystal. Each of these methods was used to study the evolution of the yield locus and the r-value distribution during the 20% strain interval. The results were compared to those obtained by simulating the texture evolution continuously using a polycrystal deformation model. When the texture was not updated during deformation, it was found that for most initial textures the Mandel spin does not perform better than the rigid body spin, except for some special initial textures for which the Mandel spin is much better. The latter ones are textures which are almost stable for the corresponding strain mode. When the texture was updated after each strain interval of e.g. 20% the Mandel spin performed much better than the rigid body spin.     

基于分数导数本构的粘弹性土层—隧洞衬砌系统的稳态动力响应

将混凝土衬砌材料视为具有分数导数本构的粘弹性体,在频率域研究了深埋圆形隧洞粘弹性土的稳态动力响应。利用衬砌的内边界条件和混凝土衬砌与土体界面处的连续性条件,得到了粘弹性土体和衬砌稳态振动的应力和位移解析解。进行了隧洞衬砌厚度、土体阻尼比、本构阶数、材料参数比等对土体的位移和应力幅值影响的算例分析,结果表明:材料参数比对系统动力特性有较大影响,随着材料参数比的增加,位移和应力幅值减小;随着土体的阻尼比、衬砌厚度的增加,位移和应力幅值减小;当材料参数比Tσ/Tε=3时,随着分数导数阶数增大,响应幅值减小。