平面4节点广义等参单元

在文献[1]建立的广义平面矩形单元的基础上,建立了平面4节点广义等参单元,并进行了深入研究,包括分片试验、单元的变形模态以及形函数的影响等.通过典型算例,对单元的性能进行了检验,数值结果表明,常规情况下建立的广义等参单元较传统单元具有更高的计算精度.     

纳米尺度通道内的界面流体粘性研究

含液微纳米孔隙在自然界中普遍存在,在发展 日趋精密化、微型化的工业中也有着广泛的应用,深刻理解流体在微纳米通道内的物性变化对于相关自然现象以及工业应用具有重要的指导意义.本文基于分子动力学方法,建立了由金属铂板构成的二维纳米尺度通道分子模型,分别考察了受限Lennard-Jones流体和水的物性变化.根据密度、剪切应力和粘性在通道高度方向的分布情况,确定了两种流体的边界层厚度约为4.8 ?和4.6 ?.针对边界层内的流体,发现界面流体的粘性相比宏观尺度体态流体粘性明显提高,且随着固-液相互作用强度的增加而增加,但随着通道壁面晶格常数的增加而减少.基于计算结果,给出了由接触角表征的具有一定普适性的流体界面粘性计算公式.研究工作为微纳米尺度通道输运性能及其调控提供了有价值的参考和指导.     

近似不可压软材料动力分析的完全拉格朗日物质点法

物质点法(MPM)在模拟非线性动力问题时具有很好的效果, 其已被广泛应用于许多大变形动力问题的分析中. 然而传统的MPM在模拟不可压或近似不可压材料的动力学行为时会产生体积自锁, 极大地影响模拟精度和收敛性. 本文针对近似不可压软材料的大变形动力学行为, 提出一种混合格式的显式完全拉格朗日物质点法(TLMPM). 首先基于近似不可压软材料的体积部分应变能密度, 引入关于静水压力的方程; 之后将该方程与动量方程基于显式物质点法框架进行离散, 并采用完全拉格朗日格式消除物质点跨网格产生的误差, 提升大变形问题的模拟精度; 对位移和压强场采用不同阶次的B样条插值函数并通过引入针对体积变形的重映射技术改进了算法, 提升算法的准确性. 此外, 算法通过实施一种交错求解格式在每个时间步对位移场和压强场依次进行求解. 最后, 给出几个典型数值算例来验证本文所提出的混合格式TLMPM的有效性和准确性, 计算结果表明该方法可以有效处理体积自锁, 准确地模拟近似不可压软材料的大变形动力学行为.      

非均质饱和多孔介质弹塑性动力分析的广义耦合扩展多尺度有限元法

针对非均质饱和多孔介质弹塑性动力问题分析提出了一种广义耦合扩展多尺度有限元方法。首先,提出了基于细尺度等效刚度阵的粗尺度单元数值基函数构造方法,并给出了构造数值基函数的一般公式,所构造的耦合数值基函数有效考虑了动力相关效应与固液之间的耦合效应。其次,针对弹塑性非线性问题迭代求解,给出了基于摄动方法的位移与孔隙压强降尺度计算修正方案。最后,针对材料的强非均质特征,利用多节点粗单元技术来提高多尺度有限元方法的计算精度。通过与基于精细网格的传统有限元分析结果对比,验证了本文所提出方法的有效性与高效性。     

多轴载荷作用下马氏体耐热钢中微孔洞演化行为的模拟研究

微孔洞演化包括孔洞成核、生长和聚合三个阶段，是影响金属材料韧性断裂的重要因素.为了分析P91马氏体耐热钢中的塑性滑移对微观孔洞扩展的影响，论文提出了一种基于晶体塑性有限元的微观力学计算模型，量化了应力三轴度、洛德参数和晶体取向对微孔洞演化行为的影响.结果表明，在相对较高应力三轴度条件下，随着应力三轴度的增大，含孔洞马氏体块的等效应力-应变响应呈现出快速软化的特征，同时孔洞体积分数随着等效应变的增加而快速增加.对于给定的应力三轴度，胞元的聚合应变在[111]取向时最小，在[110]取向时最大.孔洞聚合开始时，低应力三轴度下孔洞形状趋向于椭球状，而较高应力三轴度时孔洞横向略鼓.在一定的应力三轴度和洛德参数范围内，在孔洞聚合和孔洞坍塌两种胞元失效状态之间存在着一个条带状过渡状态，在[100]晶体取向时，当洛德参数L=-1时条带最宽.论文揭示了P91马氏体耐热钢中微孔洞演化的基本机制，分析了晶体取向、应力三轴度和洛德参数对微孔洞演化的影响.这些发现为P91马氏体耐热钢的韧性损伤模型的进一步发展提供了微观理论基础.