MEASUREMENT OF LÜDERS BAND IN SMALL SIZE LOW CARBON STEEL SPECIMEN BY 3D DIGITAL IMAGE CORRELATION METHOD

吕德斯效应是多种金属和合金材料由于屈服阶段的不均匀变形而在材料表面产生条带状褶皱的现象,它会使冲压件表面质量降低. 为了防止它的出现,对吕德斯效应进行研究变得非常重要. 采用小视场(15mm×15 mm)下三维数字图像相关方法对小尺寸低碳钢试件在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量,实际观测了小尺寸试件的吕德斯效应,结合理论模型解释了其形成机理,并分析了吕德斯带传播过程中应变及应变率的变化规律.实验研究表明,运用三维数字图像相关方法测量试件表面变形场,实现了对小尺寸低碳钢试件的吕德斯带演化过程以及颈缩、断裂等细观力学行为的观测,该方法是研究材料变形细观机理的一种有效测量手段.     

水力劈裂问题的态型近场动力学建模

将态型近场动力学理论引入水力劈裂问题的模拟。构建了能反映岩土类材料准脆性断裂特征的态型近场动力学本构模型,并在物质点间相互作用力模型中加入等效水压力项,以实现在新生裂纹面上跟踪施加水压力。同时,考虑裂纹面间的接触,引入物质点间的短程排斥力作用,并设计了相应的接触算法。通过自编程序将模型和算法应用于含初始裂纹、不含初始裂纹以及含坝基软弱结构面的混凝土重力坝在高水头作用下的水力劈裂过程模拟,并与扩展有限元等模拟结果对比,验证了本文模型和算法的可行性和准确性。     

含缺陷碳纳米管及碳纳米豆荚静动力特性模拟研究

采用分子动力学方法,对含双空位及多空位缺陷碳纳米管进行静动力特性模拟研究.首先讨论了双原子空位缺陷以及多原子空位缺陷对碳纳米管的准静态力学性质的影响,然后讨论了缺陷以及轴向预应力对碳纳米豆荚内C60分子振荡动力学的影响.研究表明,相对于无缺陷碳纳米管,含不同类型双原子空位缺陷碳纳米管的极限应力、极限应变和弹性模量都大幅下降;当碳纳米管缺陷原子较多,缺陷连接在一起形成类似裂纹之后,使得碳纳米管轴向抗压性能大幅降低,裂纹沿周向发展相比于裂纹沿轴向发展,其抗压能力下降得更多,这类似于含裂纹的壳体模型结构抗压性能的下降;缺陷碳纳米豆荚中C60分子的振荡频率受到缺失的碳原子数的影响,单原子空位缺陷使得C60分子的振荡频率增大,但随着空位数的增多, C60分子的振荡频率会逐渐减小;当缺陷碳纳米豆荚存在轴向预应力时, C60分子的振荡不仅受到缺陷影响,同时还受到轴向预应力的影响,这使得C60分子振荡变得更为复杂.     

混凝土轴拉加卸载随机损伤模型的建立与试验验证

为了分析及深入探讨混凝土在受拉加载及卸载情况下的力学特性,基于随机损伤本构关系提出了一种混凝土轴拉加卸载模型,推导出了混凝土加卸载的应力 应变关系表达式.为了印证理论表达式,进行了混凝土轴向拉伸及加卸载的试验研究,测得了混凝土的材料参数及其相应的轴拉加卸载应力-应变曲线.结合模型的计算结果,对混凝土的轴拉加卸载试验结果进行了对比分析,结果表明:混凝土轴拉加卸载模型能够预测混凝土的极限强度,同时能描述混凝土的强度软化、加载过程中的弹模折减及卸载后的塑性变形.     

Review of peridynamics for multi-physics coupling modeling

广义来说, 近场动力学(peri-dynamics,PD)是假设每个物质点在承受一定范围内的非接触相互作用下,研究整个物理系统演化过程的理论,为涉及非连续和非局部相互作用的问题提供了一个统一的数学框架,具有广泛的适用性.在简要介绍诸多工程对于多物理场模型和数值计算软件的迫切需求后,针对现有商用软件在处理结构非连续演化问题时遇到的瓶颈,引入近场动力学理论和方法. 概述近场动力学固体力学模型,系统阐述近场动力学扩散模型和近场动力学多物理场耦合建模的研究现状和进展,主要涉及电子元器件、电子封装和岩土工程领域的多物理场耦合建模,包括热--力、湿--热--力、热--氧、热--力--氧、力--电、热--电、力--热--电、多孔介质的水--力流固相互作用等非耦合、半耦合与完全耦合模型,强调发展耦合方程数值解法的重要性.最后对扩散问题和多物理场耦合问题的近场动力学理论模型、数值算法和工程应用做进一步展望.     

多物理场耦合作用分析的近场动力学理论与方法

广义来说, 近场动力学(peri-dynamics,PD)是假设每个物质点在承受一定范围内的非接触相互作用下,研究整个物理系统演化过程的理论,为涉及非连续和非局部相互作用的问题提供了一个统一的数学框架,具有广泛的适用性.在简要介绍诸多工程对于多物理场模型和数值计算软件的迫切需求后,针对现有商用软件在处理结构非连续演化问题时遇到的瓶颈,引入近场动力学理论和方法. 概述近场动力学固体力学模型,系统阐述近场动力学扩散模型和近场动力学多物理场耦合建模的研究现状和进展,主要涉及电子元器件、电子封装和岩土工程领域的多物理场耦合建模,包括热--力、湿--热--力、热--氧、热--力--氧、力--电、热--电、力--热--电、多孔介质的水--力流固相互作用等非耦合、半耦合与完全耦合模型,强调发展耦合方程数值解法的重要性.最后对扩散问题和多物理场耦合问题的近场动力学理论模型、数值算法和工程应用做进一步展望.      

含初始裂纹巴西圆盘劈裂问题的非局部近场动力学建模

采用近场动力学方法对巴西圆盘劈裂破坏问题进行建模分析.在非局部键型近场动力学(Peridynamics,PD)理论基础上,通过引入物质点对的转动自由度构建双参数微观弹脆性近场动力学本构模型以突破常规模型的应用范围限制,并考虑岩石混凝土类固体材料的宏观拉压异性和断裂特征.引入动态松弛、粒子系统力边界条件和平衡收敛准则等算法,构建了完备的PD求解体系.实现了含不同倾角中心裂纹巴西圆盘受压劈裂破坏全过程的近场动力学数值模拟,裂纹扩展路径及破坏形式均与试验结果高度吻合.进一步分析了初始中心裂纹倾角及其相对长度对巴西圆盘破坏荷载的影响.     

豪斯道夫导数扩散模型的谱熵与累积谱熵

基于豪斯道夫导数扩散模型的空间谱熵推导描述反常扩散过程时空复杂程度的空间累积谱熵,并考察个体谱熵、谱熵、累积谱熵随时空豪斯道夫导数、扩散系数和扩散时间的变化情况.计算结果表明,谱熵与累积谱熵随时间豪斯道夫导数α或空间豪斯道夫导数β的减小而增大,且具有拖尾特征.此外,随着扩散时间t或扩散系数Dα,β的减小,正常扩散对应的个体谱熵衰减的速率比反常扩散快,且对应的谱密度更窄.因此,豪斯道夫导数扩散模型的谱熵和累积谱熵均能够反映复杂介质的非均质特征和内部扩散过程的不确定性.     

SBFEM与非局部宏微观损伤模型相结合的准脆性材料开裂模拟

混凝土是一种被广泛应用于土木和水利工程中的准脆性材料, 在各种内外部因素的作用下, 开裂是混凝土结构最为普遍的破坏形式, 准确模拟结构的开裂过程, 对于结构的安全评估至关重要. 将比例边界有限元与非局部宏微观损伤模型相结合提出一种准脆性材料开裂模拟新方法. 以比例边界有限元子域的比例中心作为物质点, 通过两比例中心(物质点对)之间的物质键的正伸长率来定义微细观损伤, 将某点影响域内物质键的微细观损伤加权平均得到该点的宏观拓扑损伤. 再引入能量退化函数, 将宏观拓扑损伤嵌入到比例边界有限元的基本框架中. 充分利用比例边界有限元网格允许存在悬挂节点的优势, 采用四叉树网格离散技术进行快速、高质量的多级网格划分与过渡. 通过一个I型开裂与一个混合型开裂的两个典型算例, 验证了该方法可捕获结构裂纹扩展路径与荷载变形曲线. 与现有的方法相比, 本文的损伤模型可得到更准确的局部开裂损伤带, 结果更为合理, 且具有更高的计算精度和计算效率. 当损伤过程区网格尺寸小于影响域半径的1/5时, 计算结果不存在网格敏感性问题.      

超弹-粘弹-损伤仿射微球模型及其应用

硅胶弹性体PDMS,在多个领域有着广泛的应用。为了提高PDMS的力学性质,近期我们在PDMS材料中加入微米尺寸的玻璃微珠,这有效地提高了PDMS的模量。然而,玻璃微珠填充的PDMS材料在循环变形过程中,在第一个加卸载周期出现大的滞回圈,表现出明显的损伤行为,且后续加载过程中仍有稳定的较小的滞回圈,显示出一定的粘弹性特性,此外,卸载后材料有明显的残余应变。针对上述实验发现,本文建立了一个基于仿射假设的微球模型,分子链在各个方向上初始均匀分布,当受到加载后,各个方向上的分子链发生损伤行为和粘弹性松弛机制,导致不同方向的各向异性变形行为。该五参数的本构模型能够描述玻璃微珠填充弹性体的实验现象,包括不同周次循环加载的滞回圈形状以及残余应变的大小。该理论模型能描述各类软材料体系的复杂力学行为,有望为软材料的力学行为的预测提供有力的支撑。