黏塑性本构计算的稳定性分析

提出本构方程计算方法的稳定性问题,针对黏塑性本构计算的显式精确算法的稳定性进行分析,发现该算法并非无条件稳定,使用小扰动方法给出了其计算稳定的必要条件,稳定性条件对数值计算中的时间步长提出限制要求。通过有限元算例验证了分析的正确性,计算结果也表明理论推导得到的稳定性公式能够准确预测满足计算稳定性条件要求的最大时间步长与各参数之间关系。     

SiC单晶刻划过程的脆塑性转变特征研究

SiC单晶化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,广泛用于大功率器件产业.但由于其材料的硬度很大,加工非常困难.脆性材料塑性域加工为提高该类材料的表面质量,降低加工时间和成本提供了有效的途径.本文采用不同刀具角度和刀尖圆弧半径的单点金刚石刀具对4H-SiC单晶进行刻划实验,利用声发射、摩擦力传感器来监测刻划过程中声发射信号强度以及摩擦力的变化,并通过Leica DCM3D以及SEM观察划痕沟槽表面形貌、切屑状态,综合分析以获得4H-SiC单晶在不同角度、刀尖圆弧半径下塑脆转变的临界切削深度.结果表明,增大刀具角度有利于塑性域加工;在相同条件下,刀尖圆弧半径越大,临界切削深度越大.     

全局性能水准与构件局部损伤状态

传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作为工程需求参数,假定一系列累积塑性应变阈值建立局部构件的易损性曲线族。以传统的最大层间位移作为反映全局性能水准的工程需求参数,建立结构全局性能极限状态下的易损性曲线。对比全局和局部易损性曲线,发现全局性能水准和局部构件损伤状态之间存在良好的相关性,通过易损性曲线的吻合程度可获得给定全局性能水准相对应的累积塑性应变阈值。进而也建立起全局性能指标与局部损伤状态的映射关系。基于累积塑性应变的机构易损性分析是一种更精确的易损性分析方法。     

Dislocation Dissociation Strongly Influences on Frank-Read Source Nucleation and Microplasticy of Materials with Low Stacking Fault Energy

The influence of dislocation dissociation on the evolution of Frank-Read （F-R） sources is studied using a three- dimensional discrete dislocation dynamics simulation （3D-DDD）. The classical Orowan nucleation stress and recently proposed Benzerga nucleation time models for F-R sources are improved. This work shows that it is necessary to introduce the dislocation dissociation scheme into 3D-DDD simulation, especially for simulations on micro-plasticity of small sized materials with low stacking fault energy.     

激光诱导AZ31B镁合金薄板动态响应实验研究

为分析在激光冲击波作用下AZ31B镁合金薄板背面的动态响应,采用聚偏氟乙烯贴片传感器与数字示波器对强激光诱导的冲击波进行测量,得到压电波形,结合冲击波的传播特性,对弹塑性双波的传播规律进行了研究。结果表明:激光诱导的材料动态响应是快速的;压电波形图反映出的弹性前驱波与塑性加载波传播到靶材背面的时间与理论时间相符;弹性前驱波能量小引发的波形振幅较小,紧随着的塑性加载波能量大并引起较大振幅波动,弹塑性双波卸载过程与紧接着的加载过程导致了压电信号的波动振幅提高。     

On the homogenization of metal matrix composites using strain gradient plasticity

The homogenized response of metal matrix composites（MMC） is studied using strain gradient plasticity.The material model employed is a rate independent formulation of energetic strain gradient plasticity at the micro scale and conventional rate independent plasticity at the macro scale. Free energy inside the micro structure is included due to the elastic strains and plastic strain gradients. A unit cell containing a circular elastic fiber is analyzed under macroscopic simple shear in addition to transverse and longitudinal loading. The analyses are carried out under generalized plane strain condition. Micro-macro homogenization is performed observing the Hill-Mandel energy condition,and overall loading is considered such that the homogenized higher order terms vanish. The results highlight the intrinsic size-effects as well as the effect of fiber volume fraction on the overall response curves, plastic strain distributions and homogenized yield surfaces under different loading conditions. It is concluded that composites with smaller reinforcement size have larger initial yield surfaces and furthermore,they exhibit more kinematic hardening.     

冲击加载下金属铝中氦泡演化行为的相场模拟

氦泡等缺陷对金属材料动态强度的影响一直是动态强度研究关注的重点。将相场方法引入冲击加载下氦泡演化行为研究中,通过与晶体塑性理论耦合,建立了可描述冲击下氦泡早期演化行为的介观模拟技术。应用该方法,针对含氦泡的金属铝材料,从介观尺度对氦泡的演化行为及其对位错集体演化行为的影响进行了研究。结果表明:氦泡结构的非均匀性导致局域应力集中和塑性变形集中,局域塑性变形集中会导致沿冲击波传播方向发射稀疏波;从能量守恒角度上看,在材料变形过程中氦泡生长与塑性变形呈竞争关系,塑性耗散的快慢直接影响氦泡的生长速率,使其发生改变。研究结果可为解读含氦泡材料的宏观屈服强度和层裂行为提供理论支撑。     

作旋转流动时非线性流体的改进模型

在圆环结构中研究拟塑性流体作圆形的Couette流动.流体的粘度依赖于对守恒方程有直接影响的剪切率,守恒方程采用谱方法求解.可以证明所采用的拟塑性模型,可以被适当地表示为典型的非线性流动.在早期研究中,为了方便数值计算,粘度表达式中只考虑了剪切率的二次项,与此不同,这里考虑了二次幂项.圆形Couette流动中弯曲的流线,造成离心的不稳定性,引起环形的漩涡,称之为Taylor漩涡.进而发现,随着拟塑性影响的增加,临界Taylor数下降.与已有圆形Couette流动的实验相比较,两者有着良好的一致性.     

基于线性互补模型的梯度塑性连续体无网格方法

对梯度塑性连续体提出了一个归结为线性互补问题的数值分析方法. 塑性乘子与位移均为主要未知变量,并采用基于移动最小二乘的无网格方法分别在积分点与节点上插值. 联立弱形式下的平衡方程与积分点上逐点满足的非局部本构方程和屈服准则可以导出一个线性互补问题,并通过Lexico-Lemke算法求解. 构造了一个基于N-R方法的迭代方案,使得不需要形成一致性切线刚度矩阵而仍保持二阶收敛性. 一维和二维的数值算例证明了所提出的方法处理由应变软化引起的应变局部化问题的有效性.      

用于板料成形反向模拟的特殊应力更新算法

提出了一种改进的反向模拟法,以最终构型为研究对象,采用Euler坐标系,基于虚功原理获得有限元列式. 改进的反向模拟法采用了一种基于塑性流动理论的本构方程,可以充分考虑应变历史对塑性变形的影响. 为了避免流动理论应力更新算法过程中关于未知量\Delta\lambda 的非线性方程的求解,引入等效应力思想,无需Newton-Raphson迭代直接计算未知量\Delta \lambda . 盒形件的拉深实例中,传统的基于塑性形变本构方程的反向模拟法和改进的基于塑性流动本构方程的反向模拟法计算结果,分别与基于增量有限元法的正向数值模拟求解器LS-DYNA计算结果进行对比. 通过获得的坯料轮廓、成形极限图、等效应变分布、计算效率等的比较,验证了所提出的基于塑性流动理论本构模型的应力更新算法的有效性.