摆辗成形后的摩托车启动齿轮三维塑性应变场的光塑性分析

本文叙述了采用聚碳酸脂材料模拟低碳钢和低碳合金钢一类金属的摩托车启动齿轮(下面陶称为端面齿轮)摆辗成形过程。运用光塑性法计算分析了氐形后的光塑性模型内部三维塑性应雯分布;对采用螺旋形轨迹和玫瑰线轨迹成形后的光塑性模型内部的三维塑性应变分布进行了分析比较。该方法已为摆辗最佳工艺参数的选择提供了有用的依据。     

双金属板拉延成形的有限元分析

双金属板拉延成形同时包含几何非线性、塑性、接触、摩擦以及双金属板中组元金属力学性能差异等多种复杂因素。组元金属之间不均匀的塑性变形是导致组元金属在拉延过程中产生缺陷的主要根源。本文基于刚塑性有限元方法，对双金属板的拉延成形过程进行了有限元分析，揭示了组元金属的等效应变分布规律和厚向应变分布规律。本文的研究方法和结论可以为工艺参数的合理选择和优化提供参考和依据。     

变形-损伤耦合的起塑性恒压轴对称充模胀形的有限元模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法模拟超塑性恒压轴对称充模胀形过程、分析了模具几何参数及材料参数对胀形过程中材料的流变行为、胀形制许厚度分布和成形时间的影响规律。给出了质点的流动轨迹、不同时刻制件的剖面形状及应力、应变分布；基于修正的Gurson粘塑性势推导了内部空洞体积分数累积增大模型并据此进行了变形-损伤耦合计算．     

变形—损伤耦合的超塑性恒压轴对称充模胀形的有限元模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法模拟超塑性恒压轴对称充模胀形过程，分析了模具几何参数及材料参数对胀形过程中材料的流变行为、胀形制件厚度分布和成形时间的影响规律，给出了质点的流动轨迹，不同时刻制件的剖面形状及应力、应变分布；基于修正的Ｇｕｒｓｏｎ粘塑性势推导了内部空洞体积分数累积增大模型并据此进行了变形－损伤耦合计算。     

光塑性法基础研究及其应用

光塑性法是基于透明双折射材料受力超过其弹性极限状态时光学图象解释的一种全场方法。本文简要地介绍普通光塑性法的基本原理,对光塑性材料的力学、光学性能进行了测定,并研究聚碳酸酯材料的应变一条纹级数关系,建立了其应变—光学定律,还把本法应用于一个典型例子的研究,获得了满意的结果。     

聚碳酸酯的高应变率拉伸实验

为了解应变率对聚碳酸酯拉伸力学行为的影响,在旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验机和MTS809材料试验机上,对聚碳酸酯棒材进行了高应变率和准静态加载下的单向拉伸试验,应变率分别为380 s-1、800 s-1、1750 s-1和0.001 s-1、0.05 s-1,得到了聚碳酸酯的拉伸应力应变曲线.试验结果表明:聚碳酸酯的拉伸力学性能具有明显的应变率相关性,其屈服应力和失稳应变随应变率的增加而增大.依据试验结果,采用朱王唐粘弹性本构模型来描述聚碳酸酯的非线性粘弹性拉伸力学行为.模型结果显示,在本文实施的应变率范围内,朱王唐模型可以较好地表征聚碳酸酯的拉伸应力应变响应.     

弯曲半管橡皮成形工艺过程数值模拟研究

运用自行开发的非线笥有限元分析软件包SHEET－FORMING模拟圆弧弯曲半管的高压橡皮成形全过程（成形和回弹）,研究变形过程中材料流动和应力－应变分布,预示和分析成形障碍的出现及原因,给出了适合高压橡皮成形工艺的毛坯／模具形状。该研究为半管零件的成形工艺从落压成形转换成高压橡皮成形提供了有用的工艺参数。同时也表明,计算机数值模拟试错法的定性和定量科学分析可有效地部分取代工艺革新中传统的“物理试错法”;它们的结合运用使工艺革新更具有科学性和提高了它的成功率。     

云纹图应变分析的计算机处理

本文将大变形理论用于云纹法的应变分析中,采用二维样条函数插值、拟合位移的分布,计算了应变张量的分布。用张力样条函数绘制了它们的等值线图。对非矩形域塑性成形问题,采用扩展延伸成为矩形域的方法进行处理,获得满意结果。     

基于能量等效原理的应变局部化分析:Ⅰ.一维解析解

基于热力学第一定律和非局部塑性理论,提出了一种求解应变局部化问题的非局部方法.对材料的每一点定义了局部和非局部两种状态空间,局部状态空间的内变量通过非局部权函数映射到非局部空间,成为非局部内变量.在应变软化过程中,局部状态空间中的塑性变形服从正交流动法则,材料的软化律在非局部状态空间中被引入.通过两个状态空间的塑性应变能耗散率的等效,得到了应变软化过程中明确定义的局部化区域以及其中的塑性应变分布.应用本方法导出了一维应变局部化问题的解析解.解析解表明,应变局部化区域的尺寸只与材料内尺度有关;对于高斯型非局部权函数,局部化区域的尺寸大约是材料内尺度的6倍.一维算例表明,局部化区域的塑性应变分布以及载荷-位移曲线仅与材料参数和结构几何尺寸有关,变形局部化区域的尺寸随着材料内尺度的减小而减小,同时塑性应变也随着材料内尺度的减小变得更加集中.当内尺度趋近于零时,应用本文方法得到的解与采用传统的局部塑性理论得到的解相同.     

基于能量等效原理的应变局部化分析:I.一维解析解

基于热力学第一定律和非局部塑性理论,提出了一种求解应变局部化问题的非局部方法.对材料的每一点定义了局部和非局部两种状态空间,局部状态空间的内变量通过非局部权函数映射到非局部空间,成为非局部内变量.在应变软化过程中,局部状态空间中的塑性变形服从正交流动法则,材料的软化律在非局部状态空间中被引入.通过两个状态空间的塑性应变能耗散率的等效,得到了应变软化过程中明确定义的局部化区域以及其中的塑性应变分布.应用本方法导出了一维应变局部化问题的解析解.解析解表明,应变局部化区域的尺寸只与材料内尺度有关;对于高斯型非局部权函数,局部化区域的尺寸大约是材料内尺度的6倍.一维算例表明,局部化区域的塑性应变分布以及载荷-位移曲线仅与材料参数和结构几何尺寸有关,变形局部化区域的尺寸随着材料内尺度的减小而减小,同时塑性应变也随着材料内尺度的减小变得更加集中.当内尺度趋近于零时,应用本文方法得到的解与采用传统的局部塑性理论得到的解相同.     

高速穿甲过程的热-结构耦合数值模拟

研究子弹侵彻炮弹药筒及发射药的高速穿甲问题及其热变化.利用有限元方法进行数值模拟,计算两种不同药筒情况下的结构及温度变化.观察整个穿甲侵彻过程,绘制应力、应力变化率、应变、应变率、温度等常规参数及可能引燃或引爆发射药的相应参数的变化云图及时间历程曲线,为发射药安全性分析和设计提供参考意见及一些有价值的数据.     

Three dimensional modeling weld solidification cracks in multipass welding

This paper utilizes element birth and death finite element technique to control the process of filling metal step by step during multipass welding process. The dynamic thermal distributions and strain evolutions are simulated in 10 mm SUS310 stainless steel in multipass welding after taking into consideration of the fluid flow in the weld pool, the latent heat, taking into account the effect of the deformation in weld pool, change of initial temperature and solidification shrinkage. At the same time, the driving forces to weld solidification cracks of each weld pass are obtained successfully according to simulated thermal cycle (temperature against time) and mechanical strain cycle (mechanical strain against time). The results show the patterns of distribution of the driving force are similar to those of surface fusion welding. The driving force of first weld pass is larger than following weld passes and the driving force decreases gradually in company with welding processing. Sequent welding processes affect the mechanical strain distributions of previous weld pass, of which the tensile mechanical strain changes to compressive strain. In addition, the driving forces are analyzed and weld solidification cracks are predicted during multipass welding. The predicted results agree well with the experiments. Therefore, the simulated results in this study provide the foundation for predicting weld solidification cracking in actual weldment.     

On the control of deformation process by plastic strain

The incremental relations are derived between stress rate and the second order plastic strain rate (or plastic strain path curvature). Such relations could be used in setting control of the deformation process by plastic strain either in an experimental test or in numerical procedure, especially when critical and post-critical states occur for stress or strain control.     

高速冲击表面处理对金属材料力学性能和组织结构的影响

高速冲击表面处理过程中的应变率对金属材料的宏观力学性能和微观组织结构都具有重要影响。根据当前应变率效应的研究成果,从宏观与微观相结合的角度出发,综述了高速冲击表面处理过程中应变率对金属材料强度和塑性的影响规律,并重点阐述了不同应变率下金属材料内部微观组织结构的演变规律,主要包括晶粒结构、绝热剪切带、相变、位错组态和析出相以及变形孪晶等。此外,还分析了组织结构随应变率的演化和微观变形机制的转变对材料力学性能的强化和弱化机理。最后,对高速冲击表面处理梯度组织的变形特点进行了总结。提出了不同组织结构对材料性能影响的综合效应模型,以期为应变率效应的深入研究奠定基础。     

脆性固体中内聚断裂点阵列的扩张行为及间隔影响

建立一个一维模型, 分析脆性材料中多个等间距虚拟断裂点在均匀应变率拉伸作用下的扩张断裂过程. 采用线弹性波动方程组描述材料内部动力学关系, 采用线性内聚力断裂模型(linear cohesive fracture model)描述虚拟断裂点的扩张行为, 根据初始均匀拉伸条件和虚拟裂纹等间距假设给出定解条件, 形成一个初边值问题. 采用Laplace变换方法求解控制方程组, 得到虚拟断裂点扩张过程中内聚应力随时间变化曲线, 以及发生完全断裂的临界时间和单位裂纹体(碎片)的临界膨胀位移. 在此基础上分析应变率和裂纹间距对碎裂发生时间及单元裂纹体临界膨胀位移的影响. 在假设脆性材料在自然碎裂过程中单元裂纹体临界膨胀位移最小的基础上,进一步研究应变率对碎片尺度的影响.      

基于能量变化的微尺度金属应变突变准则研究

微尺度金属在塑性变形过程中呈现出显著的应变突变特性。本文以力加载条件下单晶Ni微米柱体和位移加载下Au纳米柱体为对象,探讨应变突变的判定准则与不同特征阶段的判别条件。首先从经典塑性理论Hill稳定性条件出发,分析微柱体变形过程中的动能变化,提出了应变突变发生与结束的判定准则。进一步分析柱体变形过程中的内能变化,结合动能变化的分析结果,给出了微尺度金属不同变形阶段的判别条件。通过与文献中实验与理论结果对比发现,基于动能变化的应变突变判定准则能够判断应变突变的发生与结束,基于能量变化的判别条件可以有效区分微柱体的不同变形阶段。最后对新理论准则的可靠性与适用性进行了讨论。     

Yielding characterization of waxy gels by energy dissipation

The rheological behaviors of yield stress fluids are commonly interpreted from the energy perspective, yet this perspective has rarely been applied for waxy gel. In this study, we calculated the energy dissipated into the waxy gel caused by viscous strain during the deformation process with the aid of a well-tested elasto-viscoplastic thixotropic model. The energy dissipation shows a power-law dependence on the strain regardless of the stress ramping rate. The energy dissipation has been shown to be useful to characterize the ductility of waxy gel, that is, the larger the energy is dissipated during fracture, the more ductile the waxy gel is. When the waxy gel is induced to the same strain by different stress ramping rate, the energy dissipation during the deformation process shows little dependence on the stress ramping rate. However, if during the loading process the stress is increased to the same value by different ramping rate, a higher stress ramping rate causes lower energy dissipation. These findings are helpful to elucidate the widely observed experimental observation for waxy gels that the measured yield stress depends on the stress ramping rate whereas the measured yield strain shows little dependence.     

基于颗粒离散元法的连接键应变软化模型及其应用

基于颗粒间的有限接触假设,提出了可表述颗粒间力、力矩传递的连接键模型. 为了表征连接键的塑性、损伤及断裂过程,在连接键中引入了考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb 准则及最大拉应力准则. 单一连接键的单向拉伸测试及直剪测试表明了上述连接键应变软化模型的计算精度. 研究了颗粒体系的宏观应变能与颗粒平均配位数的对应关系. 通过计算发现,对于二维颗粒体系,当平均配位数为5 时,颗粒体系的宏观应变能与相同参数下连续介质方法(如有限元等) 计算获得的应变能基本一致. 利用上述连接键应变软化模型对岩石的单轴压缩过程进行了模拟,计算结果表明:岩石单轴压缩的应力应变曲线经历了线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及缓变段等4 个阶段,并给出了上述4 个阶段与岩石内部损伤破裂状态的内在联系. 计算结果还表明,随着断裂应变的增大,岩石的破裂模式逐渐由拉剪复合型破裂向单一压剪型破裂转化;随着断裂应变的增大,峰值应力及达到峰值应力时的应变均逐渐增大,但峰值时的破裂度及终态时的破裂度将逐渐减小.      

An energetic approach to predict fatigue crack initiation life of LY12CZ aluminum and 16 Mn steel

The local strain range is considered to be the main factor controlling the fatigue damage process. An energetic approach is applied to correlate the elastic-plastic stress and strain near a notch with the remotely applied stress. Fatigue crack initiation lives of LYI2CZ aluminum and 16 Mn steel are predicted from a knowledge of the uniaxial data involving parameters such as the elastic modulus, strain hardening strength and strain hardening exponent. These quantities are contained and identified with the fatigue strength coefficient C^* which together with the equivalent stress range provide an estimate for the fatigue life of metals. The results agree well with the test data available in the open literature.     

An updated version of the multimechanism model for cyclic plasticity

In this paper we consider the elastoplastic behavior of the 304L stainless steel under cyclic loading at room temperature. After the experimental investigations presented in Taleb and Hauet (2009), the present work deals with modeling in the light of the new observations. An improved version of the multimechanism model is proposed in which the isotropic variable is revisited in order to take into account the non-proportional effect of the loading as well as the strain memory phenomenon. A particular attention has been paid to the identification process in order to capture the main important phenomena: relative parts of isotropic and kinematic hardening, time dependent effects, non-proportionality effect, strain amplitude dependence. Only strain controlled tests have been used for the identification process. The capabilities of the model with “only” 17 parameters are evaluated considering a number of proportional and non-proportional stress and strain controlled tests.