Bammann-Chiesa-Johnson粘塑性本构模型材料参数的一种识别方法

粘塑性本构模型能否成功模拟金属高应变率大应变变形过程依赖于材料参数识别结果的好坏。由于BCJ模型考虑了应变率、温度与材料硬化之间的耦合效应以及应变率、温度历史效应,同时模型中包含了多个材料参数,因此很难通过试验直接识别模型的材料参数。本文针对BCJ模型中的耦合效应和历史效应,基于对模型中材料参数物理涵义的界定,给出了一种对材料参数解耦、分离并进行估计的方法,获得了模型材料参数估计公式,估计了材料参数的取值范围。在此基础上,编制了BCJ模型应力积分径向返回算法和粒子群优化算法的计算程序,应用重新设计了BCJ模型耦合效应和历史效应的反分析方法,在参数取值范围内对材料参数进行了优化识别。以OFHC Cu为例,应用提出的识别方法对BCJ模型的材料参数进行了识别,计算结果和试验结果符合较好。     

橡胶类材料大变形本构关系及其有限元方法

讨论大变形拟不可压缩模胶类材料的本构关系及有限元分析方法，采用乘法分解，将变形梯度表示成等容和体积变形两部分，在此基础上，推导了克希荷夫应力和格林应力表示的Ｙｅｏｈ形式应变能模胶类材料的本构关系及数值处理方法，为处理不可压缩问题，采用三场变分原理，其中静水压力，体积膨胀，以及位移均作为独立变量进行处理，并指出该变分原理同胡－鹫津广义变分原理的联系，变形采用相容等参插值，压力及体积膨胀采用低阶插值，     

一种新的橡胶材料弹性本构模型

橡胶类材料本构关系对于科学研究和工程应用具有重要意义,但已有的橡胶模型的拟合能力和可靠性需要进一步提高.为解决此问题,本文提出了一种新的橡胶材料的各向同性、不可压缩柯西弹性模型.研究了橡胶材料本构关系的模型形式,基于平面应力变形状态,提出了一种以较大的两个伸长率为自变量、适用于一般变形状态的橡胶材料弹性本构模型形式;研究了橡胶材料在侧面受约束条件下的变形规律,分析了橡胶材料本构关系需要满足的约束条件;在此基础上,结合一个可以通过实验确定的描述平面拉伸变形状态下的橡胶材料力学特性函数,提出一种将该函数拓展为平面应力状态一般模型的方法,并给出了一个具体的函数形式,形成了一个新的不可压缩、各向同性的橡胶材料弹性本构模型.使用5组包含3种类型实验的数据和一组较全面的双轴测试数据对该模型进行了参数拟合,结果表明:该模型具有很好的拟合精度和更高的可靠性,仅用一种类型实验数据,如单轴拉伸或者平面拉伸等,也能获得较好的拟合结果.      

一种弹-粘塑性本构模型材料常数的估计方法

推导了Bodner-Partom统一弹-粘塑性本构模型的材料常数估计公式,修正了国外有关文献的不当之处,发展了模型参数的优化估计方法与程序,并用算例验证了方法的可行性.     

率相关本构方程积分新算法

提出一种积分率相关本构方程的隐式积分新算法,引入0～1范围内的缩放因子λ对本构方程进行间接求解,可以避免直接求解等效塑性应变或等效塑性应变率时,由于其数值过大或过小而造成的收敛困难或收敛失败,实现对率相关本构方程的快速准确求解.以B-P统一本构方程及双曲正弦本构方程为例,验证了算法的可行性.结果表明,新算法对于准静态变形条件下的无硬化本构方程也可以得出准确的解.     

一种改进的R-L分数阶导数定义在固体推进剂粘弹性本构模型中的应用

针对Riemann-Liouville分数阶导数定义的不足之处进行了改进,利用改进过的分数阶导数定义,建立了类Kelvin体粘弹性本构模型,并应用于某固体推进剂上,对本构方程中的三个参数进行了求解,与经典的prony级数模型进行比较,采用分数阶导数的类Kelvin体粘弹性本构模型与实验结果能很好地吻合.     

基于自适应权重PSO算法的磁屏蔽装置优化设计

针对传统的磁屏蔽装置结构参数优化过程中因待优化参数较少而限制了磁屏蔽性能进一步提高这一缺点,提出一种基于自适应权重粒子群优化(PSO)算法的磁屏蔽装置参数优化方法:首先,给出了磁屏蔽系数的计算公式,提出将不同屏蔽层的厚度、径向层间距以及轴向层间距均作为待优化变量以增加结构尺寸的多样性,从而扩大寻优范围;然后,针对待优化变量的增加可能会导致寻优陷入局部最优,提出一种自适应权重PSO算法以实现全局寻优;最后,以三层磁屏蔽装置的结构参数优化为例进行了仿真实验。仿真结果表明,与传统的优化方法相比,提出的优化方法使磁屏蔽装置的磁屏蔽系数提高了27.58%。该方法可以为磁屏蔽装置结构参数的优化提供一种参考。     

基于粒子群算法的时滞动力学系统时滞辨识

以柔性悬臂梁为对象,对主动控制中的时滞辨识问题进行了研究。研究中将时滞辨识问题转化为一个优化问题,以系统某一段时间段的真实响应与预估响应之差的绝对值之和作为目标函数,采用粒子群算法作为优化算法。仿真中分别考虑了单时滞和双时滞辨识两种情况,结果表明,该时滞问题辨识方法能够有效地辨识出系统中的时滞量。     

非饱和多孔介质非线性有限元分析的一致性算法

在文[1]工作的基础上，对非饱和多孔材料非线性问题进行分析，给出分析的本构模型，模型中考虑了毛吸压力的影响。给出问题分析的求解技术与算法策略，在此基础上，为保证迭代算法的收敛性，文中给出适合于广义塑性本构模型分析的一致性算法与一致性切线刚度矩阵。给出的数值算例证实了理论与算法的正确与有效性。     

横观各向同性地基本构模型研究

地基土形成过程中由于沉积作用大多具有横观各向同性的特点．利用数学、力学手段，采用坐标转换矩阵的方法，对横观各向同性地基的本构模型和模型中参数的选取作了一定的理论研究，可由横观各向同性面水平情况下的地基的本构方程直接推导出横观各向同性面倾斜情况下的地基的本构方程，而所需测的力学参数仍为垂直和平行横观各向同性面方向上的力学参数，数量没有增加，简单易用．得出了一些有益于工程实践的结论．所述理论可以解释地应力的水平应力分量不等的量测结果，同时由于考虑了地基土形成过程中的沉积作用，利用该本构模型计算地基在外荷作用下的应力、应变的响应问题，比均质各向同性理论更加符合实际情况．     

STUDY ON THE PARAMETER VALUE DOMAIN OF MACRO-MICRO CONSTITUTIVE MODEL

宏微观耦合本构模型的参数识别往往通过反分析方法进行,为了使参数识别结果具有高的置信度,需要确定合适的参数取值范围. 基于动态再结晶过程的微观机理以及相应本构方程的数学特征,提出一个确定参数取值范围的方法. 首先详细给出考虑动态再结晶的黏塑性本构模型,并根据模型构造物理机理,提出通过6 步确定该模型参数取值范围的方法;其次,对300M 低合金钢进行不同温度、应变速率下的热变形试验,测试宏观的流动应力-应变数据及微观的组织数据;然后应用提出的方法,依据试验数据,确定参数取值范围;最后,基于确定参数取值范围中获得的知识,对模型进行局部修改,使模型模拟结果更接近实验结果.     

基于临界状态的砂土本构模型研究

砂土孔隙比及所受压力是其力学特性的重要影响因素. 本文基于砂土临界状态线特性分析,采用以e-(p/p_a)ξ平面内的线性关系描述其等向压缩线. 通过对比分析两种不同压缩线函数 与临界状态线函数之间的关系提出更适合描述砂土在等向压缩下的参考压缩线,并给出了基于参考压缩线的等向硬化规律. 建议了适用于 描述砂土剪切特性的屈服面函数,并给出利用等向压缩和等p路径确定屈服面形状参数μ的方法. 将不同应力比对应的压缩线作为砂土状态参量参考线,以获取潜在强度M_f与特征状态应力比M_c,进而描述砂土压缩与剪切特性;基于等向压缩与等p路径建立了当前应力比与状态参量参考线之间的相关关系,从而实现了砂土状 态参量参考线由参考压缩线向临界状态线平稳过渡. 建立的砂土本构模型共11个参数,均能够通过常规土工试验或经验获取. 基于模型预测与Toyoura砂的等向压缩、三轴不排水剪切试验及排水剪切试验的对比结果,本文建立的砂土本构模型很好地描述了Toyoura 砂在不同孔隙比和不同压力下的压缩与剪切特性.      

APPLICATION OF SURROGATE BASED PARTICLE SWARM OPTIMIZATION TO THE RELIABILITY-BASED ROBUST DESIGN OF COMPOSITE PRESSURE VESSELS

A surrogate based particle swarm optimization （SBPSO） algorithm which combines the surrogate modeling technique and particle swarm optimization is applied to the reliability- based robust design （RBRD） of composite pressure vessels. The algorithm and efficiency of SBPSO are displayed through numerical examples. A model for filament-wound composite pressure vessels with metallic liner is then studied by netting analysis and its responses are analyzed by using Finite element method （performed by software ANSYS）. An optimization problem for maximizing the performance factor is formulated by choosing the winding orientation of the helical plies in the cylindrical portion, the thickness of metal liner and the drop off region size as the design variables. Strength constraints for composite layers and the metal liner are constructed by using Tsai-Wu failure criterion and Mises failure criterion respectively. Numerical examples show that the method proposed can effectively solve the RBRD problem, and the optimal results of the proposed model can satisfy certain reliability requirement and have the robustness to the fluctuation of design variables.     

基于细观力学分析的砂土弹塑性本构模型

利用细观力学分析中的自洽理论建立了在固结排水条件下的砂土弹塑性本构模型,在该模型中考虑了部分砂土颗粒因剪切作用在颗粒接触面滑移而引起的整体剪切模量的降低,给出了求解整体剪切模量的解析方法,并将模型预测与不同应力路径的试验结果作了比较,证明该模型是合理的.     

基于加速度信号的柔性板的挠性参数辨识简

以柔性板为对象,开展了结构挠性参数辨识技术的研究. 给出了一种基于加速度信号输出的特征系统实现算法的计算格式,基于粒子群优化算法给出了加速度传感器在柔性板上的优化位置. 仿真结果显示,粒子群方法能够有效地确定出传感器在板上的优化位置,特征系统实现算法能够有效地辨识出结构的挠性参数.     

帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型

帘线/橡胶复合材料广泛应用于轮胎等重要工程领域,为了描述其在服役条件下的大变形、非线性、各向异性和高应变率等材料力学行为,基于纤维增强复合材料连续介质力学理论,提出了一种考虑应变率效应的帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型. 该模型中单位体积的应变能被解耦为便于参数识别的基体等容变形能、帘线拉伸变形能、剪切应变能和黏性应变能四部分. 给出了模型参数的确定方法,并通过拟合文献中单轴拉伸、偏轴拉伸实验数据,得到了模型参数. 利用该模型预测了不同加载和变形条件下的力学行为,并将预测结果与实验结果对比分析. 结果表明, 考虑黏性模型和不考虑黏性模型对不同应变率变形条件下的预测结果相差很大,且考虑黏性模型的预测结果与实验结果吻合很好. 因此,与不考虑黏性模型相比,所提出的各向异性黏-超弹性本构模型能更好地表征帘线/橡胶复合材料在大变形、高应变率条件下的力学特性.      

时域模态参数识别的直接特征系统实现算法

本文提出了一种新的结构模态参数识别算法,称为直接特征系统实现算法(DERA)。直接采用时域多输入多输出数据构成线性时不变离散系统的最小实现,并利用系统矩阵的特征值和特征向量求取模态参数。输入输出数据的直接应用避免了利用脉冲响应函数作原始数据的ERA、PRCE等算法的一些局限。奇异值分解技术的引入使系统的定阶和实现更方便,并具有了更良好的数值稳定性。为验证算法,构造了一个五自由度的弹簧质量系统进行数值模拟。良好的数值结果证明了本算法的有效性,并表明本算法对密集模态仍有较高的识别精度。     

基于级连相关神经网络的人工冻土本构模型

为解决BP (back propagation) 神经网络收敛速度慢,网络结构需事先定义等缺点,采用了级连相关神经网络模型来建立人工冻土应力和应变之间的关系. 基于该模型推导了冻土的一致刚度矩阵形式,利用人工冻土三轴试验数据对神经网络模型进行训练,并用其替换有限元计算中的传统本构模型,将计算结果与性质及含水率相同的冻土的试验结果进行了对比,发现该神经网络本构模型很好地反应了材料的非线性,能够改善数值计算结果,与实测结果吻合地很好,比具有相同隐含层神经元个数的BP 模型更接近实测结果.     

基于实验的心肌被动力本构模型

在狗心脏外科手术和心肌力学性能试验的基础上,对心肌力学性能实验数据进行处理和拟合,并应用有限元方法对心肌的单拉实验、松弛实验进行数值模拟和计算. 得到不同心肌位点的本构模型的非线性弹性和黏性参数,从而发展了心肌被动力的非线性黏弹性本构模型,体现了心脏力学行为的非均匀性和黏弹性. 在理论模型和试验数据的基础上,开发了有限元软件ABAQUS的VUMAT材料子程序,应用于数值心脏的仿真研究.