位错热激活滑移的数值模拟

在三维离散位错动力学模型中,用Langevin力描述温度对位错的影响作用,模拟了位错克服晶格Peierls应力与阻尼应力的滑移过程.模拟结果表明,位错克服Peierls应力的热激活效应随温度的升高而增大,随应变率的增高而减小.利用热激活本构模型描述了位错热激活滑移过程,拟合了Peierls应力的激活能,结果表明含温度的离散位错动力学模型能较正确地模拟位错的热激活滑移过程.但Peierls阻碍的非离散化处理使激活能与指前因子均随温度升高而增大,这表明离散位错动力学模型模拟Peierls阻碍存在不足之处,其本质原因是介观级的位错动力学模型目前还无法正确模拟微观级的位错芯性质.     

层合板预紧螺栓搭接孔边应力分析

针对复合材料层合板预紧螺栓单板搭接和双板搭接结构,分别建立了全尺寸三维有限元模型,应用非线性接触算法模拟螺栓连接,采用Prets179预紧力单元施加螺栓预紧力.通过分析两种搭接形式在不同预紧力下的孔边应力分布,得到了预紧力与孔边拉应力以及预紧力与孔边层间应力的关系曲线.分析表明:随着螺栓预紧力增加,层合板孔边拉应力水平不断降低;双板搭接的孔边应力明显低于单板搭接的孔边应力.     

板料三维成形过程的有限元数值模拟

基于有限变形理论建立了三维金属板料成形过程的刚塑性有限元数学模拟,该数学模型采用物质坐标系中的Ｕｐｄａｔｅ－Ｌａｇｒａｎｇｅ描述,等向强化假设,考虑了板料的厚向异性,对于金属板料与模具有摩擦采用近似的库仑摩擦定律以改善计算的收敛性。为简经计算采用薄膜单元,并根据此模型编制程序。     

微重力环境下Marangoni对流的有限元数值模拟

本文以悬浮区为背景研究液桥中气液交界面上由表面张力所驱动的流体对流。我们采用有限元方法对轴对称、定常运动方程,能量方程,自由面切向、法向应力平衡条件迭代求解,首次考虑了边界形状的影响,得到了自洽的流区位形和流场、温度场、表面压强分布。一般说来,流区自由面呈弯月形。结果表明,只要表面张力数 C_a<1,静态平衡的流区位形就是动态情况的良好近似。本文还分析了C_a数及G_r 数对流区位形的影响,得到了不同 M_a 数及散热条件下的温度场和流函数分布。     

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.     

边坡大距离整体滑移的模拟研究

边坡整体滑移模拟是迄今未被解决的一个课题。文章通过构制一个专门的滑面单元, 采用数值模拟的原理实现了对粘滑类边坡失稳的大距离滑移模拟; 采用分析模拟法实现了对脆性滑移类边坡失稳滑移的模拟, 并开发了相应的软件。     

输电塔线体系断线动力响应及杆塔破坏模拟研究

利用ABAQUS软件建立500kV典型输电线路段塔线耦合体系的精细有限元模型,数值模拟覆冰塔线耦合体系断线后的动态响应和杆塔破坏过程。对杆塔引入等效塑性应变破坏准则,当单元的最大等效塑性应变达到许用值时,删除单元以模拟杆塔的破坏。数值模拟结果与按我国电力设计规程以及IEC设计规程的计算结果比较表明:地线断线时用塔线模型和规程计算得到的杆塔应力的差别较导线断线时大,地线和导线断线时杆塔的最大应力均大于两种规程的计算值;杆塔上与地线连接的角担是断线时的薄弱区域。现行电力设计规程中采用静力分析方法对断线产生的冲击动力作用的估计不足。     

单搭接胶接接头拉伸剪切性能的数值模拟与实验研究

采用数值模拟和光测技术对单向拉伸载荷作用下单搭接胶接接头中的剪切性能进行分析,研究了不同厚度胶层中切应力的变化规律。用有限元方法(FEM)对不同胶层厚度的试件进行建模,得到了拉伸载荷下胶粘剂中的切应力分布及其统计参数。利用数字图像相关(digitalimage correlation,DIC)方法对试件的变形场进行测量。结果表明,当胶粘剂的厚度较小时,胶粘剂中的切应力的分布统计参数随着其厚度的增加会有显著的变化,但是当厚度超过一定的数值时,统计参数对厚度的变化不再敏感。     

高速钢球在水中贯穿过程的数值计算

本文采用二维有限元数值计算方法对水中高速钢球的侵彻贯穿作用及贯穿通道的形成和发展进行了数值模拟计算,给出了钢球侵彻速度水中压力波和空腔发展,这些结果与实验观察较为吻合。本文的工作说明,数值方法可以作为研究创伤力学的重要手段,有着广阔的应用前景。     

界面裂纹的路径选择与数值模拟

利用界面断裂能和荷载混合度的概念研究界面裂纹的扩展路径，利用有限元数值方法模拟界面裂纹的扩展过程，再现界面断裂的各种几何构型．研究表明，界面的断裂能和混合度完全控制了裂纹在界面附近的扩展过程．数值预测的裂纹路径与理论结果一致     

滑移爆轰密封的初步数值模拟

利用有限元方法,通过数值模拟得到爆炸密封铝、铜封管密封所需炸药药量;在此基础上,利用光滑粒子法对爆炸密封模型进行优化,分析炸药、保护外壳等形状等对封管密封性能的影响。基于对计算结果的分析,确定实验模型。实验回收结果和数值模拟结果符合较好,表明数值模拟结果对实验设计有指导作用。

     

蚊子口针刺破人体皮肤过程的数值模拟

利用扫描电子显微镜观察了蚊子口针的结构,根据实际结构建立蚊子口针端部模型,运用有限元软件ABAQUS对蚊子口针尖端刺入皮肤过程进行非线性有限元模拟,考虑不同皮肤层的力学性能,讨论了刺入过程中皮肤变形与破坏、刺入力等的变化规律,模拟过程与实际刺入实验基本相符.     

板材成形有限元数值模拟的研究进展

本文以不同时期引起人们广泛注意的标准考题１）为主要线索，对板材成形有限元数值模拟的发展作了简要的综述．并讨论了研究中仍存在的问题和研究的发展方向．     

青少年坐姿时腰部受力数值模拟

为了定量研究青少年坐姿时腰部受力情况,根据静力学原理,结合人体测量学对青少年坐姿时腰椎各节段所承受的重力矩进行分析,探讨腰椎各节段竖脊肌的肌力大小以及腰椎各椎体所承受的剪切力和挤压力.对腰椎部位进行CT扫描,应用Mimics和Ansys软件对数据进行三维重建并分析.通过分析发现腰椎各节段承载的负荷与躯干前倾角度密切相关,在脊柱前曲逐渐增大时,上位体重对腰椎的压力在竖直方向的分量减小而在水平方向的分量增大,从而引起周围软组织水平方向负荷的增加.躯干前倾角度为30°时,各椎体最大应力自上而下依次分别为:4.01MPa、7.26 MPa、7.29 MPa、11.07 MPa、15.64 MPa,各椎间盘的最大应力自上而下依次分别为:1.3 MPa、1.81 MPa、1.83 MPa、2.19 MPa.有限元法分析结果表明:椎体是承载应力的主要结构,椎间盘起到传递载荷的作用,坐姿时椎体的前下方出现应力集中现象;在坐姿时应尽量减少脊柱的前倾角度,将脊柱的前倾角度控制在30°范围之内,以降低椎体及椎间盘所承受的负荷,从而减少腰椎及其椎间盘损伤的风险.     

三维液体非线性晃动动力学特性的数值模拟

主要讨论圆筒形贮腔中三维液体非线性晃动问题,将任意的拉格朗日-欧拉（即ArbitraryLagrangian-Eulerian,简称ALE）运动学描述引入到Navies-Stokes方程中,在时间域上采用一种速度和压力的分步计算格式进行时间离散;在空间域上利用Galerkin加权余量法对系统方程进行数值离散;得到了数值计算粘性不可压液体非线性晃动的ALE分步有限元法的计算格式,推导了三维液体自由液面上结点法向矢量的数值计算方法,模拟了圆筒形贮腔（包括带圆环形隔板的圆筒形贮腔）中三维液体的非线性晃动;并得到了一些重要的非线必不知所云 性,通过数值模拟结果与实验结果的比较,证明实了本文方法的可靠性与有效性。     

纳米尺度边界滑移的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法研究了纳米尺度超薄膜润滑的边界滑移现象,分别模拟考察了固液作用势、固液密度差异和温度对滑移长度的影响.结果表明:在固液作用势较强的情况下,滑移长度随着温度的增加而增大;当固液作用势较弱时,滑移长度随着温度的增加反而下降;滑移界面上、下的层状有序化差异程度是导致滑移的主要原因;应用所建立的方法可以较好地解释不同物理参数条件下的壁面滑移问题.     

搭接剪切试件的优化设计

在采用搭接剪切试件进行的剪切强度实验中,试件失效往往是由于试件两端的剥离应力过大,而不是切应力造成的,这往往造成错误的实验结果. 通过有限元和光弹实验相结合的方法研究在搭接结构中引入凹槽以使试件所受的切应力均匀分布并减少两端的剥离应力,从而提高实验精度的可行性. 研究表明,只要凹槽的形状和位置合适,完全可以达到上述效果,从而实现了搭接剪切试件的优化设计.     

不同滑移边界下的页岩渗透率修正模型

页岩中的孔隙直径通常为纳米量级,基于连续流的达西定律已不能描述纳米级孔隙内的气体流动规律,一般采用附加滑移边界条件的Navier-Stokes方程对其进行描述. 由此可导出与压力相关的渗透率公式(称为"视渗透率"),并用来修正达西定律.因而,渗透率修正方法研究成为页岩气流动研究的热点之一.首先,基于Hagen-Poiseuille 流推导出一般形式二阶滑移模型下的速度分布和流量公式,并推导出相应的渗透率修正公式.该渗透率修正公式基本能将现有的滑移速度模型统一表达为对渗透率的修正. 基于一般形式的渗透率修正公式,重点研究了Maxwell, Hsia, Beskok与Ng 滑移模型速度分布渗透率修正系数、及其对井底压力的影响;提出了基于Ng 滑移速度模型的渗透率修正公式. 基于页岩实际储层温压系统及孔隙分布,计算了Kn 范围及储层条件下页岩气的流动形态,表明页岩气流动存在滑移流、过渡流与分子自由流. 而Ng 模型能描述Kn<88 的滑移流、过渡流、自由分子流的流量规律,因此可以用于描述页岩实际储层中页岩气的流动特征. 计算表明,随着Kn 的增加,不同滑移模型下的渗透率修正系数差异增大.Maxwell与Hsia模型适用于滑移流与过渡流早期,Beskok与Ng 模型可描述自由分子流下的流动规律,但二者在虚拟的孔径均为10nm页岩中,井底压力的差别开始显现;在虚拟的孔径均为1nm页岩中,井底压力的差别开始明显.