液氮温区下高温超导带材力学性能测试技术及标准化研究

高温超导带材在液氮温区下的力学性能对其实际应用有重要的影响.为此2016年IEC/TC90第5工作组组织了国际相关科研机构和带材供应商共9家单位对5种REBCO带材和1种BSCCO带材的液氮温区力学性能进行了循环比对实验.我单位作为国内参加该循环比对实验的唯一机构,截至2017年初完成了上述样品共20余次有效拉伸实验的测试.根据KIT提供的《Guideline of RRT for Tensile Test on Practical REBCO and BSCCO Wires at Cryogenic Temperature》,我们确定了液氮温区下具体的拉伸试验条件,包括引伸计的选择,样品的装载、冷却方式,拉伸和卸载的速率等.我们获得了样品的应力应变曲线,并计算出弹性模量和0.2%塑性延伸强度(包括E0,Eu,Rp0.2-0,Rp0.2-u).研究表明,除Theva公司提供的REBCO超导带样品,该测试规程下获得重复性较高的应力应变曲线,且弹性模量和0.2%塑性延伸强度均具有较小相对标准不确定度,这将为国际标准的建立提供重要的实验参考.     

超高速撞击条件下靶体损伤区的数值模拟分析

超高速撞击问题中,靶体损伤区研究能够弥补部分实验中难以精确获取成坑形貌的问题,为撞击机理研究和数值模拟的校验提供重要依据.损伤区的数值模拟研究开展较少,主要原因是缺乏经过实验验证的损伤区判据.本文总结了已有的损伤区定量测量实验结果,发现对于同一种靶体,多种切片显微测试方法得到的损伤区深度比较吻合,这给损伤区分析提供了便利.基于iSALE程序模拟分析了累计塑性应变、损伤因子和峰值压力作为损伤区判断参数的适用性,认为TPS=0.1适合作为损伤判据;D=1可以作为损伤判据,但误差较大需谨慎使用;峰值压力不适合作为损伤判据.通过参数化分析发现,随着孔隙率增大和靶体强度增大,损伤区深度逐渐减小.     

超弹性镍钛形状记忆合金单轴相变棘轮行为的宏观唯象本构模型

超弹性镍钛形状记忆合金因其良好的力学性能以及独特的超弹性和形状记忆效应已广泛应用于土木工程、航空航天和生物医疗等多个领域,在实际服役环境中超弹性镍钛合金元件不可避免地会承受不同应力水平的循环载荷作用,亟待建立描述相变棘轮行为(即峰值应变和谷值应变随着正相变和逆相变循环的进行不断累积)的循环本构模型.为此,基于已有的超弹性镍钛形状记忆合金在不同峰值应力下的单轴相变棘轮行为实验研究结果,在广义黏塑性框架下,对Graesser等提出的通过背应力非线性演化方程反映超弹性镍钛形状记忆合金超弹性行为的一维宏观唯像本构模型进行了拓展,考虑了正相变和逆相变过程中特征变量的差异及其随循环的演化,以非弹性应变的累积量为内变量引入了正相变开始应力、逆相变开始应力、相变应变和残余应变的演化方程,同时通过峰值应力与正相变完成应力的比值来确定演化方程中的相关系数,建立了描述超弹性镍钛合金单轴相变棘轮行为的本构模型.将模拟结果与对应的实验结果进行对比发现,建立的宏观唯像本构模型能够合理地描述超弹性镍钛形状记忆合金的单轴相变棘轮行为及其峰值应力依赖性,模型的预测结果和实验结果吻合得很好.     

钢框架翼缘削弱型和扩翼型节点受力性能研究

采用翼缘削弱型节点及扩翼型节点可以使塑性铰外移,缓解梁柱节点连接处应力集中,避免在焊接热影响区发生脆性破坏.针对削弱型节点、扩翼型和普通刚性节点进行了数值分析,结果表明:削弱型节点由于梁翼缘削弱,导致节点承载力降低,扩翼型节点增加了梁端翼缘板宽度,承载力高于削弱型节点和普通刚性节点.通过计算模型分析了节点的设计参数,并给出节点设计参数取值范围,为钢框架节点抗震设计提供理论分析依据.     

准静载作用下弹塑性微弯裂纹尖端塑性区

研究了准静载荷作用下的弹塑性弯曲延伸裂纹的塑性区.通过分析,比较精确地确定了弯曲裂纹尖端塑性区域边界上正应力与切应力的分布状态.综合考虑了准静态作用应力,塑性区域边界上正应力与切应力,利用二阶摄动方法,研究分析了弯曲裂纹尖端塑性区域的范围;预测了弹塑性裂纹的扩展路径.     

基于塑性体积应变的岩石损伤变形特性实验研究

为分析岩石塑性变形与损伤的关系,在定义岩石的初始损伤和临界损伤,提出塑性体积应变分析方法,从而以塑性体积应变为损伤变量,采用归一化方法建立岩石的损伤本构模型。采用递增循环加载实验确定岩石损伤本构模型中的弹性卸载模量和弹性应变比例系数两个参数。通过实验和理论分析得出:当荷载较小时,普通单轴压缩状态下岩石损伤随荷载的增加具有减小趋势,荷载超过一定数值后,岩石损伤才开始增加;单轴递增循环压缩状态下当循环荷载大于约35%峰值强度后,卸载后岩石的损伤具有增加的趋势,小于该荷载之前具有减小的趋势。整个加载过程的理论应力-应变曲线能很好地与实验结果相吻合,在循环加载区间理论结果还能体现出岩石实验结果中的回滞环。     

可压缩多介质粘性流体和湍流的大涡模拟

在可压缩多介质粘性流体动力学高精度计算方法MVPPM(multi-viscous-fluid piecewise parabolicmethod)基础上,引入Smagorinsky和Vreman亚格子湍流模型,采用大涡数值模拟方法求解可压缩粘性流体NS(Navier-Stokes)方程,给出适用于可压缩多介质流体界面不稳定性发展演化至湍流阶段的计算方法和二维计算程序MVFT(multi-viscosity-fluid and turbulence)。在2种亚格子湍流模型下计算了LANL(Los Ala-mos National Laboratory)激波管单气柱RM不稳定性实验,分析了气柱的形状、流场速度以及涡的特征,通过与LANL实验和计算结果的比较可知,Vreman模型略优于Smagorinsky模型,MVFT方法和计算程序可用于对界面不稳定性发展演化至湍流阶段的数值模拟。     

弹体贯穿混凝土数值模拟的改进材料模型

研究混凝土结构在冲击载荷下的力学特性对武器以及防护结构的设计和评估具有重要意义,而合适的材料模型可以更准确地预测混凝土结构的力学行为和破坏模式。因此,本文中提出了一种改进的混凝土塑性损伤材料模型来描述其在冲击载荷下的力学响应。该改进模型考虑了压力-体积应变关系、应变率效应、洛德角效应和塑性损伤累积对混凝土材料力学特性的影响,并引入了一个与损伤相关的硬化/软化函数来描述压缩状态下的应变硬化和软化行为。随后,通过对3个独立的强度面进行线性插值得到了该改进模型的破坏强度面,并采用部分关联流动法则考虑了混凝土材料的体积膨胀特性。最后,开展了单个单元在不同加载条件下和弹体贯穿钢筋混凝土靶的数值模拟,验证了该改进模型的可行性、准确性以及预测性能提升。     

包含应力一次至三次项的正交金属板材屈服函数

采用各向异性塑性张量来描述屈服函数,利用各向异性塑性张量的主、次对称性,并加入无迹条件与板材正交性条件,给出了适用于正交金属板材的包含应力一、二、三次项效应的三次应力屈服函数。相比于Hill屈服函数,新建立的屈服函数多了应力的一次项和三次项,能够更好地反映金属板材     

不同LET C离子束对粘红酵母菌的突变效应分析

以粘红酵母菌Rhodotorula glutinis AY 91015为材料, 研究了不同传能线密度（LET）的C离子对粘红酵母菌的失活截面和突变截面, 评估了不同LET的C离子对微生物的失活效应和突变效应。 结果表明, C离子LET为120.0 keV/μm时, 单个粒子对粘红酵母菌的失活截面最大, 为4.37 μm2, 接近酵母菌细胞核的平均核截面; LET为96.0 keV/μm时, 单个粒子对粘红酵母菌的突变截面最大。 通过对C离子束致突变能力的分析发现, C离子在LET为58.2 keV/μm时突变能力最强, 这一结果显示在经C离子辐照后存活下来的粘红酵母菌中, 可以引起有效突变的最佳LET为58.2 keV/μm左右, 此时所对应的碳离子能量约为35 MeV/u。 这些结果表明, C离子对粘红酵母菌的最佳致死效应和最佳致突变效应存在于不同的能量区域。 To evaluate inactive and mutagenic effects of carbon beam at different LET, the inactivation cross section and mutation cross section induced by carbon beams of different LET values were investigated in a red yeast strain Rhodotorula glutinis AY 91015. It was found that the maximum inactivation cross section of 4.37μm2 , which was very close to the average nucleus cross section, was at LET of 120.0 keV/μm. The maximum mutation cross section was at LET of 96.0 keV/μm. Meanwhile, the highest mutagenicity of carbon ion was found around 58.2 keV/μm. It implied that the most efficient LET to induce mutation in survival yeasts was 58.2 keV/μm, which corresponded to energy of 35 MeV/u carbon beam. The most effective carbon beam to induce inactivation and mutation located at different energy region.