薄板试样斜断口形成机制及损伤断裂过程分析

为分析不同材料和尺寸的薄板试样在室温下拉伸破坏后均形成与横截面夹角在20°~25°之间斜断口的原因,首先用统计方法对试样内随机分布微缺陷进行讨论,提出一种在宏观尺度上材料内微缺陷分布局部非均匀简化模型的假设.应用含孔材料损伤本构模型对含有不同方向微缺陷分布局部非均匀薄带区域的16MnNb薄板试样变形至破坏全过程进行数值模拟.结果表明,斜断口形成主要是由于试样内在与横截面夹角小于45°的带形区域内微缺陷分布局部非均匀造成,且与该带形区域在试样中位置无关;由于考虑微缺陷分布局部非均匀,得到试样的斜断口形成过程与试验现象完全一致;同时结合试验断口形貌,对变形过程中颈缩截面内损伤演化和破坏过程进行研究,进一步解释薄板试样的损伤破坏机制.     

不同材料参数和内压的轮胎对单腹板轮毂变形的影响

将轮胎材料简化为各向同性超弹性材料特性，考虑轮胎与轮毂和地面之间的三维接触以及轮胎中钢丝圈的影响，建立飞机单腹板机轮整体结构有限元模型。主要分析不同轮胎材料参数和内压下，单腹板轮毂轮缘处的径向变形，结果表明；轮毂剖面上测点的应变值与实验结果基本一致。轮胎下沉量与轮毂测点的径向变形和轮毂所受的载荷基本呈线性关系；凸出一侧的轮缘变形最大；轮胎下沉量较大时。轮胎材料参数对轮毂的径向变形影响明显；轮毂测点径向变形在1-2.5mm时，相同的径向变形，轮毂受到的总载荷受轮胎材料参数变化而变化，而在变形较大或较小时，影响不明显。对于同一种轮胎材料，不同的内压，轮毂的变形减轻比较大，气压越高，对于相同的轮胎下沉量，轮毂受到总体荷载也越高。     

临界空穴扩张比准则的适用性

用新研制成的DE36平台钢制的轴对称和平面应变试样,进一步考察了临界空穴扩张比V_(Gi)准则[1]、[2]、[3]的适用性。实验和大应变有限元理论计算结果表明,V_(Gi)准则适用于所研究材料。文中指出,按V_(Gi)准则可根据试样或构件材料中V_G的发展变化来预起裂位置。     

粘塑性损伤模型模拟准超塑性单轴拉伸行为

发展了Chaboche粘塑性本构模型的大变形隐式算法，用损伤(DM)和无损伤(NDM)模型模拟准超塑性单轴拉伸。发现变形过程可分为三个阶段：均匀变形、颈缩发展、断裂破坏阶段。DM可准确模拟前两个阶段变形，NDM只能较好地模拟均匀变形阶段，表明DM可以较精确地描述稳定发展的动态过程。由于有限元方法只能描述连续介质，因此对于断裂破坏阶段，NDM模拟载荷大于试验结果，DM的载荷小于试验结果，这是由高应变速率敏感性造成。DM能够描述试验中出现地多处颈缩现象，局部应变速率分布随时间演化反映了颈缩发展程度。严重颈缩部位的距离代表着超塑性变形能力，距离越大，抗颈缩能力越好。     

延性单晶非均匀变形的三维有限元模拟

对延性单晶在拉伸载荷作用下的应变局域化和颈缩等非均匀变形过程进行了三维有限元数值模拟。将相关晶体塑性本构模型及一种新的数值积分方法补充到ABAQUS6.1商用有限元软件中。该方法的特点是，利用晶体塑性的动力学方程，获得一个关于晶体弹性变形梯度的演化方程，采用半隐式积分方案进行求解。本文推导出一种新的应力变本构矩阵。按此方式更新本构矩阵，计算速度和计算稳定性大大提高。加载方式，边界条件和变形程度等因素影响着滑移系的启动状况，这是平面模型所不能预测的。本文利用三维有限元方法模拟了不同取向下滑移系的启动状况，全面地考虑了FCC单晶材料12个可能滑移系在变形过程中的启动状况，合理地模拟了FCC面心立方单晶沿不同取向加载时晶轴旋转导致的应变局域化和颈缩等非均匀变形过程。     

铜单晶拉伸试样表面滑移带痕迹的晶体塑性分析

采用建立在晶体塑性理论基础上的晶体塑性有限变形计算方法,针对铜单晶试样单轴拉伸过程中晶体滑移在试样表面留下的滑移带痕迹进行了数值研究.作者利用三维有限元模拟不同取向铜单晶试样的拉伸变形,通过晶体塑性滑移面与试样表面交线的几何分析,得到了试样在不同晶向拉伸下不同滑移系启动造成的试样表面滑移痕迹,并对数值计算的试样表面滑移...     

SiCp/Al复合材料增强颗粒尺寸效应的细观分析

运用Voronoi方法建立了反映金属基颗粒增强复合材料(MMCp)微结构的多晶集合体代表性单元(RVE);采用Taylor关系推导了包含颗粒结构尺寸和体积分数参数的位错滑移硬化函数;建立了由300个平均粒度约为20μm的晶粒组成的多晶集合体代表性单元,并对MMCp3.5-5、MMCp3.5-10、MMCp10-5、MMCp10-10四种具有不同粒径和体积分数的铝基SiC颗粒增强复合材料在宏观均匀变形条件下的应力应变响应进行了数值模拟。计算结果表明:复合材料的应力应变模拟曲线与试验曲线吻合得较好,说明所推导的模型和硬化模式能够合理地描述颗粒增强尺度效应的变化趋势;多晶体模型也能够合理地表现复合材料内部应力应变在空间分布上的细观不均匀性。数值模拟结果反映了颗粒增强区承载着较大的载荷份额,而非颗粒存在区(基体)则承受着高达18%的应变,在两个区域的交界处出现了高达310MPa的应力集中,与已有文献试验观测的结果比较吻合。     

基于能量极值原理的单晶体塑性滑移的有限变形分析

对FCC单晶体的率无关弹塑性力学响应的本构关系进行了数值模拟。用一个基于能量极值原理的数值计算方法来处理复杂的多面塑性问题，这种算法可以有效地模拟单晶体多滑移系的启动，在这一理论框架下，增量的应力应变关系可以从所构造的能量函数中推导出来。对于滑移系激活情况的判定则可转化为求解活动约束的非线性数学规划问题，通过对时间的离散，此问题又可细化为逐步二次规划问题，并采用有效集法来搜索启动滑移系，进而求得弹塑性本构关系，数值结果表明该方法具有稳定、收敛、可行的特点，在数值计算的基础上研究了单轴拉伸下晶体的不同取向对单晶体硬化程度和滑移系激活情况的影响。     

CRACK PROPAGATION IN POLYCRYSTALLINE ELASTIC-VISCOPLASTIC MATERIALS USING COHESIVE ZONE MODELS

Cohesive zone model was used to simulate two-dimensional plane strain crack propagation at the grain level model including grain boundary zones. Simulated results show that the original crack-tip may not be separated firstly in an elastic-viscoplastic polycrystals. The grain interior's material properties (e.g. strain rate sensitivity) characterize the competitions between plastic and cohesive energy dissipation mechanisms. The higher the strain rate sensitivity is, the larger amount of the external work is transformed into plastic dissipation energy than into cohesive energy, which delays the cohesive zone rupturing. With the strain rate sensitivity decreased, the material property tends to approach the elastic-plastic responses. In this case, the plastic dissipation energy decreases and the cohesive dissipation energy increases which accelerates the cohesive zones debonding. Increasing the cohesive strength or the critical separation displacement will reduce the stress triaxiality at grain interiors and grain boundaries. Enhancing the cohesive zones ductility can improve the matrix materials resistance to void damage.     

粗晶LY-12合金准超塑性单轴拉伸模拟

在试验的基础上，利用Chaboche本构模型对LY-12准超塑性单轴拉伸变形进行数值模拟，对其能够实现大延伸率的力学现象进行分析，由于材料具有高应变速率敏感指数，颈缩不发生在标距中间，而是有多处出现颈缩，不同颈缩相互的松弛作用对变形起重要作用，模拟和试验都表明，温度一定，不同应变速率下，颈缩发生的位置和颈缩程度不同，从而最大破坏延伸率也不同，利用该模型可以预测粗晶LY—12材料的超塑性变形能力和可能破坏的部位。