考虑相变的热弹塑性本构方程及其应用

将在热加工及热处理过程中发生相变的材料考虑为热弹塑性的多相混合物,基于连续介质物理学及含内变量的不可逆热力学,推导出考虑相变的热弹塑性本构方程.根据一组不同温度水平下的高温短时拉力试验,确定本构方程中的材料参数及其随温度的变化关系.同时,提出了考虑相变的热传导方程和计及应力影响的相变动力学方程.基于这些方程编制相应有限元分析程序,用其分析计算了1Cr12WMoV不锈钢管通的焊接残余应力分布.计算所得结果与通过X射线衍射测试的实验结果具有较好的一致性. 关键词： 相变 热弹塑性 本构方程 焊接     

应变率相关的橡胶本构模型研究

为研究橡胶在不同应变率下的响应特性,建立应变率相关的橡胶黏超弹性本构模型,分别采用超弹性本构模型和黏弹性本构模型表征其非线性弹性行为和应变率相关的弹性行为。首先,对于超弹性模型,基于最小二乘法,对比了Mooney-Rivlin模型、修正的Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型、修正的Yeoh模型、Ogden模型和Arruda-Boyce模型等超弹性本构模型的拟合能力。结果表明,经修正的Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的拟合优度与Ogden模型和Arruda-Boyce模型接近。在此基础上,基于一种参数较少且拟合效果良好的修正Mooney-Rivlin模型和应变率相关的Maxwell模型,建立了橡胶黏超弹性本构模型,考察了该黏超弹性本构模型在单轴拉伸和单轴压缩情况下中高应变率时的拟合能力。结果表明,对于这两种受力情况下的应变率相关的实验数据,该黏超弹性本构模型的拟合优度均在0.95以上。研究结果为大应变率范围内单轴拉伸和单轴压缩下橡胶的本构模型选择提供了参考。     

一个一维CI相变模型的进一步研究

对一个一维CI相变模型进行进一步研究。外势周期D具有一个临界值Dc。D < c时的相图与D > c时的相图非常地不同。当D < c时,相图随D而变化,且在D的大部分区域显示出Farey树结构。当D > c时,相图不再变化,且不满足Farey树结构。通过有效势F(u)研究了相变过程。     

与密度、温度、压强以及应变率相关的弹塑性本构模型

 对于弹塑性本构关系中的两个主要物理量，即切变模量和屈服强度，除考虑与温度、密度、压强相关外，本文还引入应变率的影响，并且把静态和动态屈服统一到一个模型中，对于2024Al作了计算，结果与实验符合程度是令人满意的。     

炸药爆轰的连续介质本构模型和数值计算方法

假定炸药和爆轰产物处于局部热力学平衡状态, 即它们的压力和温度相同, 利用热力学基本关系建立炸药爆轰过程的连续介质本构模型的一般理论框架. 在此框架下, 炸药爆轰本构模型由一组常微分方程构成, 包括炸药和爆轰产物的状态方程、简单混合法则、化学反应速率方程和能量守恒方程, 易于由成熟的计算方法如梯形法等进行求解. 一组广义Maxwell型非线性固体本构形式的微分方程描述了压力和温度随时间的演化速率与应变率和化学反应速率的关系, 借助简单混合物理论, 其中的系数由炸药和爆轰产物的材料参数确定. 未反应的炸药和爆轰产物采用JWL状态方程, 化学反应率方程采用Lee-Tarver点火-燃烧二项式模型, 模拟PBX-9404炸药的一维冲击波起爆过程和爆轰波传播过程. 计算结果表明了本文给出的本构模型和相应计算方法的有效性. 关键词： 炸药爆轰 本构模型 化学反应率方程 数值模拟     

简论金属材料JC本构模型的精确性

通过比较JC模型预测结果与6种金属(2024-T351铝合金、 6061-T6铝合金、OFHC无氧铜、4340高强钢、Ti-6Al-4V钛合金和Q235软钢)在不同应变率及温度下的实验数据,对JC本构模型的精确性进行了关键评估。为了进一步评估其精确性,采用JC本构模型和失效准则对平头弹正撞2024-T351铝合金靶板进行数值模拟,并与实验结果比较。结果表明:JC本构模型只适用于中、低应变率和温度下的Mises材料,对非Mises材料该模型预测的剪切应力-应变曲线和失效与实验结果吻合较差;同时,JC本构模型的精度随应变率和温度的提高而降低,特别是在高应变率条件下利用实验得到的动态增强因子进行相应数值模拟时,所得计算结果与弹道穿透实验结果不一致,说明其表达式(即准静态应力-应变关系×动态增强因子)是不恰当的。     

高温高应变率下纯锆的本构模型研究

 研究了常温至1 073 K、不同应变率下（4.1×10^－4 s^－1～2.8×10³ s^-1）锆的压缩力学性能。结果表明,锆的流动应力对温度和应变率的变化比较敏感,随应变率的提高而增大,随温度的升高而降低。基于位错动力学理论,建立了锆的本构模型,并考虑塑性变形过程中孪晶演化的影响,对模型进行了修正。修正后的本构模型预测结果与实验结果吻合较好,可描述很宽应变率和温度范围内锆的塑性变形行为。     

基于温度与应变率相互耦合的泡沫铝本构关系

根据分离式Hopkinson压杆实验以及准静态实验得到的泡沫铝材料在不同温度以及不同应变率下的应力-应变曲线,分析了泡沫铝本构方程中温度效应与应变率效应之间的耦合关系,即温度越高,泡沫铝的应变率效应越显著。基于Sherwood和Frost提出的泡沫材料本构关系框架,对常温下的应变率敏感系数进行了温度项修正,修正后的本构方程在高温高应变率下与实验结果具有较好的一致性。最终得到泡沫铝在一定密度范围内包含温度项、应变率项较为完备的本构方程。     

地质材料的本构模型

在分析混凝土和土等地质材料的动态力学性能的基础之上，构建了一个可以用来数值模拟动能弹侵彻地质材料的力学过程的本构模型。     

气液相变过程亚稳态体相内部界面分析

利用热力学理论对亚稳态体相内部活化分子的聚集状态进行讨论,发现在无外界扰动的平衡状态下,体相内部活化分子绝大多数以单体形式存在,并给出了单体与聚集体的浓度关系。在聚集体浓度与聚集体内部分子数之间关系分析的基础上,推导出临界聚集浓度的表达式,从而确定体相处于过热(过冷)极限点时的内部分子能量分布特性,借以从分子聚集的角度来描述气液相变的物理图景。同时,利用体相在过热(过冷)极限点处的宏观性质来逆推体相与微小新相之间的界面张力γ,从而对经典理论的形核率作出修正。     

最短轨道凝聚模型的相变

应用重整化群计算最短轨道模型的生长几率分布{P_α,i}及其构型权重C_α(2×2原胞和3×3原胞),从而得出多分形热力学的配分函数Z(q,L),自由能F(q,L),能量E(q,L),比热c(q,L)和广义维数D_q,结果表明该模型在q=q_c≈0处发生相变,即当q < q_c时,生长几率分布{P_α,i}不具有多分形性质。     

CdTe的状态方程及其高压相变

 用金刚石压砧高压X光衍射技术研究了Ⅱ-Ⅵ族化合物CdTe的室温状态方程和室温高压相变。实验的最高压力达39.2 GPa。实验中发现CdTe从(3.3±0.1)GPa开始从闪锌矿结构相相NaCl结构相转变，相变时体积收缩15.8%；从(10.3±0.2)GPa开始从NaCl相向β-Sn结构相转变，相变时无体积突变；在(12.2±0.2)GPa由β-Sn相向正交结构相转变，相变时也无体积突变。CdTe的压缩数据用最小二乘法以Bridgman状态方程和Murnaghan状态方程拟合，得到其零压时合相变压力时各个相的体弹模量及体弹模量的压力微商，并与其它的实验合理论结果进行比较。     

双球近似和速度空间的非平衡相变

本文在双球近似下,用边界层近似解法求解了磁化等离子体中的反应——扩散方程。结果表明,由扩散项的非线性正反馈同样能导致非平衡相变,而且环流器中的磁面可以不是等电位面。     

共形场论和相变

本文讨论了共形对称性,量子共形对称理论以及相变现象。讨论了二维共形场论中最基本的自由玻色场和费米场,也介绍了玻色化、高斯泛函、ＳＧ模型及其简单应用     

丝状相液晶由表面相互作用产生的相变

导出双轴丝状相液晶在指向矢与易取向轴重合时的表面相互作用能.应用Ritz方法,对半无 界液晶体得出沿表面法向的双轴相(B_c)至沿表面某一轴的双轴相(B_a)的相变.随着表面锚泊强度双轴性部分的增大,B_a的产生机制逐渐由降低温度 转为表面锚泊,因此B_a相可出现在较高温度和较大温度范围内.在表面锚泊强度 单轴性部分α值的一定范围内,增大α值可使B_a在较高温度产生,但α值的进 一步增大则使液晶又从B_α返回B_c相. 关键词： 液晶 相变 表面能     

用超声方法研究PSZT铁电陶瓷在高压下的相变

 用超声脉冲回波重合方法研究了具有垂直铁电（F），反铁电（AF）相界的PSZT三元系材料在高压下的相变。发现此种材料在较低压力下都有一级相变发生，并且是可逆相变。伴随着相变的发生，声速和声衰减都有较大的变化。本文对实验结果进行了初步的讨论。     

非晶碳在高压下的压缩率与相变

 本文研究了非晶碳在4.5 GPa内的p-V关系，发现它在此压力范围内，有一个相变。     

用赝势方法研究铅的结构相变

 本文用赝势方法计算了铅的面心立方结构和金刚石结构的晶体总能，讨论了两种结构在高压下的稳定性。     

用超声方法研究掺丙氨酸氘化TGS晶体的相变

 采用超声脉冲重合技术，观察LADTGS在压力升至0.8 GPa，温度在20~90 ℃范围内，超声波在晶体中传播的速度及声衰减系数随温度变化的规律，发现在常压下，在64 ℃处声速随温度变化曲线的斜率有明显变化，对应的声衰减也有一明显吸收峰。随压力升高，T_c以约12 ℃/GPa的速率向高温方向移动。这一现象与介电常数的研究结果大致相同。