求解弹塑性问题时考虑材料可压缩性的影响

求解弹塑性问题时,由于塑性应变的体积不可压缩,而弹性体积应变是可压缩的,求解时就会遇到麻烦。为了求解方便起见,很多著作在所举的弹塑性问题例子中都不考虑材料可压缩性的影响,而就假定材料的弹性泊松比v等于1/2。本文研究采用真实的材料弹性泊松比后对求解方法与结果的一些影响,并对三类问题作了具体的分析。1.等向强化加载条件材料受简单拉伸而进入弹塑性阶段后,我们仍然把横向应变ε_x与轴向应变ε_z的比值记为v     

正交异性介质中定常扩展裂纹尖端应力,应变场

本文将正交异性材料视为理想弹塑性材料,采用R.Hill屈服准则及与之相关的流动法则,推导了平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹的基本方程。在假定材料不可压缩的条件下,获得了泊桑系数间的相互关系v_(31) v_(32)=1,进一步还假定了v_(31)=G/(F G),v_(32)=F/(F G),因而获得了问题的分析解。结果表明,应变场具有ln(A/r)的奇异性。     

可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料II型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅱ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性变形部分的可压缩性对Ⅱ型裂尖应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制.当泊松比ν =0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹.     

不同拉压弹性模量壳体有限元法

1.计算假定不同拉压弹性模量的弹性理论在壳体有限元计算中应用的假定: (1)单元的内力、应力及应变状态用单元形心处的内力、应力及应变状态来代替,其精度随网格加密而提高。(2)沿壳厚将单元分层,假定单元内同一层为同一类区域。(3)根据各层区域类型的不同引入不同的弹性模量E~+、E~-和泊松比v~+、v~-,以E_1、v_1表示薄壳物理方程中的E、v。薄壳上各点为二维应力状态,σ_α、σ_β为主应力,则E_1、v_1按如下方法确定:     

超弹性薄膜与可压缩基底双层结构表面失稳分析

当上层超弹性硬质薄膜和下层可膨胀基底构成的双层结构受压时,薄膜的自由表面可通过形成褶皱降低系统能量.研究表明,上下两层的模量比不同时,上层弹性硬质薄膜将表现出不同的表面失稳模式.本文提出了一种新颖的方法可有效抑制双层软材料的表面失稳,即改变基底材料的泊松比,这种方法同时适用于不具有应变硬化的软材料.首先基于Neo-Hookean模型发展了小变形条件下双层结构表面失稳的理论模型,通过半解析的方法得到了表面失稳的临界应变;然后通过有限元计算与模拟,进一步验证了负泊松比基底可延缓表面失稳.结果表明:(1)当双层结构基底泊松比为正且趋于0.5(不可压缩)时,双层结构在较小的压缩应变下出现表面失稳;(2)当基底的泊松比为负且趋于-1时,可被压缩至46%而不出现表面失稳,即可膨胀基底能有效抑制薄膜的表面失稳.本文发展的方法及主要结果可为延展性电子器件的设计提供指导.     

幂律全塑性罚函数随机有限元

用罚函数有限元方法解决平面应变下的体积下可压缩问题,应用摄动有限元理论发展幂律全塑性随机有限元,并以弹性模是E,泊松比u和节点坐标等的基本随机变量,推导有限元列式,给出单板受拉,梁受弯的算例。     

超弹性橡胶材料的改进Rivlin模型

讨论了不可压缩橡胶材料的超弹性唯象本构模型。针对典型实验,给出选择应变能函数的原则。从物理机理上,分析了Neo-Hookean模型、Mooney模型、三阶Rivlin模型及Ogden模型的优缺点。在此基础上,将Rivlin模型改进成为 ,这种新形式具有三个优点：①若取前三项（N=1）,则其结果与不可压缩线弹性的应变能相等,能够近似满足剪切的线性关系,但拉伸及压缩的线性关系是精确满足的。②当N≥2时,简单剪切中的应变能及剪应力τxy在小应变情况下是以剪应变γxy为等比的多项式展开;而Rivlin模型只能保证简单剪切实验中的应变能及剪应力τxy是以(γxy)2为等比的级数展开的形式,当取前两项的情况下,Rivlin模型只能精确保证常剪切,拉伸及压缩的线性关系无法得到保证。针对典型实验数据,若取同阶次多项式,本文模型的同类实验数据预测及不同类实验数据间相互预测的精度都比Rivlin模型的高。     

两向拉伸下弹塑性平板从弹性状态向塑性状态的过渡

利用 Hadamard-Thomas 相容条件理论,本文探讨了不可压缩的弹塑性平板在两向拉伸下从弹性状态向塑性状态过渡的问题.取直角坐标系 x_i(i=1,2,3).设板在两向拉应力 ...     

杆件有限变形时的泊松比

在有限变形时，对不同配对的应力与应变，如还采用小应变时的泊松比，则体积比会出现不合理现象，因此泊松比也要随应变而变     

柱壳套接胶合接头的扭转应力分析

1.引言胶合连接具有机械连接方式无法比拟的优越性.在工程结构中有着广泛的前景.对各种胶合接头的强度分析,也是很有实用价值的研究课题.这里我们讨论两个不同材料和不同厚度的柱壳,用一定厚度的胶层套粘在一起,在两端扭转载荷作用下,其粘接处各层中的应力分布情况.粘接结构如图1所示.为了方便,选取柱坐标计算.我们仅考虑套接部分的应力,分为内外柱壳和胶层三部分,分别用1、2、3来标识,并设其弹性常数和泊松比分别为E_1、v_1,E_2、v_2,E_3、v_3.对于该种接头的研究,目前较多见的是采用有限元法进行拉伸应力分析,对于     

不可压缩体在给定位移边界条件下的一种解法

1、引言有些材料在变形时,尤其在大变形时,体积变形甚微,以致于可以忽略,这个特点,在数学上就抽象为不可压缩材料.不可压缩材料应力的特点是它的应力不能由应变唯一地确定,而必须考虑静水压力р.对于全部给定位移的边界条件(满足整体不可压缩条件)问题,正如所指出的,应力是不唯一的,反映在有限元计算中,如定理二指出的,     

高温弹塑性的三维有限元分析

1.基本公式建立高温弹塑性的非线性本构方程,是以文献[1],[2]为理论基础;认为应力依赖于温度,而温度不受应力变化的影响。在热载荷和机械载荷的作用下,材料的总应变将包括弹性、塑性和温度应变,即     

RESEARCH ON DYNAMIC MECHANICAL RESPONSE AND CONSTITUTIVE MODEL OF PORCINE LIVER

在交通事故中,腹部器官常因冲击载荷作用而受到伤害,严重时甚至危及生命.肝损伤是腹部损伤中最为常见的一种,致死率很高,了解肝脏的动态力学性能对于事故中肝脏的损伤评估及防护设计有着重要的意义.从新鲜的猪肝组织中取肝实质部分制作试样,利用英斯特朗材料试验机对其进行两种加载率（0.004 s^-1,0.04 s^-1）和两种加载方向（垂直肝脏表面和平行于肝脏表面）的准静态压缩试验,并压缩至破坏.利用改进的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）实验装置沿平行于肝脏表面方向进行三种高应变率（1 300 s^-1,2 400 s^-1,4 500 s^-1）的动态压缩试验.结果表明：所有应变率下的猪肝压缩应力应变曲线都呈非线性凹向上特征,初始阶段应力值很低,应变约30%后应力幅值显著增大;准静态压缩时,两种应变率（0.004 s^-1,0.04 s^-1）和两种加载方向下肝脏组织破坏应力和破坏应变等力学性能无显著不同,平均破坏应变为48%,平均破坏应力为0.45 MPa.高应变率下肝脏组织的流动应力明显高于准静态下的流动应力,表现出一定的率敏感性.采用Yeoh型超弹性本构模型描述猪肝组织准静态力学性能,基于黏超弹性模型理论,提出了一个能描述肝脏组织从低应变率到高应变率范围力学性能的率相关本构模型,该模型与实验结果有很好的一致性.     

沥青路面弹塑性动力响应分析

采用弹塑性理论,建立了沥青路面弹塑性动力响应分析的三维有限元模型,利用有限元法分析了沥青路面的弹性和弹塑性动力响应、以及弹塑性状态下层间接触对沥青路面力学性能的影响．结果表明：在相同条件下,沥青路面为弹塑性状态时得到的弯沉和最大主应变均比弹性状态时大;卸载后,弹塑性状态时存在残余变形,说明沥青路面的弹塑性动力学响应分析得到的结果和路面实际情况较符合;沥青路面在弹塑性状态下,层间完全光滑时其弯沉是完全连续时的6 倍,上面层最大竖向应变是层间连续时的3.7 倍,下面层处最大竖向应变是层间连续时的2.3 倍;卸载后,层间完全光滑时,面层A 点与B 点均存在残余应变;随着层间摩擦系数的增大,路面弯沉值减少,说明在弹塑性状态下,层间接触状态对沥青路面的动力响应有较大影响．     

有强化弹塑性平面问题的一般渐近解

本文提供一求解有强化弹塑性平面问题(包括平面应力及不可压缩平面应变)的一般性渐近摄动解法,其中材料的强化规律用一幂级数表示。此方法适用于所有弹性解为已知的情况,由承受均匀内压的厚壁筒的示例可见本文的方法是可靠的。     

求解非线性大变形的超级单元法

引言分析大位移大应变非线性问题,其基本关系存在着三个困难,第一,位移和应变关系是非线性函数,第二,应力和应变关系也是非线性函数,如橡皮这样的材料,应力应变关系是复杂的非线性函数,一般可用三个应变不变量I_1,I_2,I_3的应变能函数表示出来.第三,如橡皮这种材料,在变形过程中,体积没有明显的变化.某些金属材料,如软钢,在发生大塑性变形时,可以略去弹性应变不计,根据位错理论,塑性变形是由于沿晶格面的滑移而引起的,它是一种畸变,只引起形状的改变而不导致体积的变化,     

不同应变率下泡沫铝的形变和力学性能

对低密度泡沫铝在不同变形率下的形变和力学性能进行了系统的试验研究。结果表明:（1）沿剪切方向骨架首先塌陷,即变形的局部化是低应变率下块体泡沫铝的主要变形特征;（2）在不同应变率下泡沫铝表现出体积应变基本上随工程应变呈线性变化,在低应变率下泊松比随轴向应变呈幂次关系增加,但在高应变率下泊松比随塑性应变增加,从一峰值降低并趋于稳定;（3）低应变率下泡沫铝材料塑性变形均匀,而高应变率下剪切变形较大;（4）泡沫铝材料的强度对应变率不很明显,但随塑性应变增加,它的率敏感性增加。     

断裂力学判据的评述

从Inglis 和Griffith 的著名论文到Irwin 和Rice 等的奠基性贡献,对断裂力学中的线弹性断裂力学的K判据,界面断裂力学的G判据,和弹塑性断裂力学的J 判据作了扼要的综述. 介绍了在界面断裂力学G判据的基础上提出的界面断裂力学的K判据,以说明断裂力学的判据存在改进的可能性. 在综述中归纳出断裂力学判据中目前还没有较好解决的几个问题. 在总结以往断裂力学研究经验的基础上,指出裂纹端应力奇异性的源是对断裂力学判据存在的问题作进一步研究的切入点. 探讨了裂纹端应变间断的奇点是裂纹端应力奇异性的源的问题,从而对裂纹端应力强度因子的物理意义进行了讨论. 最后,阐述了进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析是改进弹塑性断裂力学判据的关键,而进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析的前提是要通过裂纹端应力奇异性的源的研究来获得作用在裂纹端的造成裂纹端应变间断的有限值应力.      

闭孔泡沫铝的塑性泊松比

在表征闭孔泡沫铝的力学性能中,塑性泊松比是较为重要的参数之一。本文应用Kelvin十四面体模型构建出不同相对密度的闭孔泡沫铝三维细观模型并采用LS-DYNA对所得细观模型进行单轴准静态压缩计算。数值模拟分析发现,随着轴向应变的增加,泡沫铝泊松比-轴向应变曲线呈倒S形,存在峰值和极小值,曲线变化规律与泡沫铝胞孔的变形有密切关系。根据泊松比-轴向应变曲线与胞孔变形之间的关系,给出了平均塑性泊松比的定义。计算结果显示,随着相对密度的提高,闭孔泡沫铝的平均塑性泊松比增大。当闭孔泡沫铝的相对密度低于0.1时,其平均塑性泊松比接近于零,计算中可以忽略;当闭孔泡沫铝相对密 度大于0.1时,其平均塑性泊松比随相对密度的增加而呈线性从0.17增加到0.5     

点接触弹塑性流体动力润滑研究

建立了点接触混合润滑模型,根据下表面应力分布迭代求解出下表层的塑性应变,将下表面塑性应变等效转化为本征应变,结合半无限体内本征应变对弹性场的应力扰动解法求解残余应力,表面塑性变形根据本征应变采用半解析方法求解.计算结果表明:本混合润滑模型在塑性计算模块、弹塑性流体动力润滑计算均表现出了很好的准确性以及高效性;本模型能够模拟真实机加工粗糙表面下弹塑性混合润滑问题;能够模拟由全膜润滑、混合润滑、边界润滑以及干接触全工况下的润滑情况,当滚动速度逐渐减小时,平均油膜厚度逐渐减小,接触区由全膜润滑转变为混合润滑,最终演变干接触.