延性金属层裂模型比较

在平面一维弹塑性流动有限差分计算程序中加入4种延性金属层裂模型,对平板撞击层裂实验进行数值模拟。结果表明：简单最大拉伸应力模型和简单损伤累积模型能定性反映层裂的物理现象,由于忽略损伤对本构的影响,计算结果和实验有偏差,但模型要求参数较少,对于一些精度要求不是很高的工程问题,可以采用;从材料损伤断裂物理本质出发,采用微损伤统计方法得到的NAG模型和封加波损伤度函数模型,能很好地再现实测的自由面速度剖面,数值计算结果与实验吻合很好。     

韧性材料在强动载作用下的损伤演化

采用细观动力学分析方法在高加载率条件下得到了孔洞的动态增长模型。模型考虑了应变率效率、惯性效应和热效应对孔洞增长的影响，给出了孔洞增长的应力临界值表达式。模型的数值分析表明：初始温度Ｔ０对应力临界值Ｐｃｒｉｔ有较大影响；在高应变率条件下惯性和热效应对韧性孔洞动态增长有明显的影响，惯性表现为对孔洞增长的阻碍作用，而热效应应则表现为对孔洞增长的促进作用，数值分析还表明，在低应变率条件下惯性效应可以忽略     

平面碰撞与强激光加载下金属铝的层裂行为

在轻气炮和神光Ⅱ强激光装置上开展了金属铝的层裂实验。针对激光打靶层裂实验中样品自由面速度剖面后期振荡容易丢失问题,改进靶设计,获得很好效果。利用轻气炮加载和强激光加载层裂实验应变率的显著差异,并通过数值模拟,讨论了在建立具有预测能力的理论建模中需要关注的损伤成核、演化与汇合问题中的材料特性与应变率相关特性因素。结果表明,对于我们以前建立的动态损伤与断裂模型,微孔洞成核的平均半径、阈值压力、成核速率相关参数以及微孔洞长大的阈值压力等具有材料特性属性,但微孔洞的表面能以及决定材料发生完全层裂的临界损伤度等具有明显的应变率效应。另外,分析还发现,虽然层裂强度具有明显的应变率效应,但是在样品层裂当地,样品由持续拉伸向收缩转变的临界行为,取决于一个很小的临界损伤,这个临界值很可能是材料常数,与应变率无关。     

层裂损伤的细观数值分析

采用体胞模型的分析方法推导了材料在弹塑性变形阶段的孔洞增长方程。假设所有孔洞的内外半径之比相同,用数值方法定性分析了材料在层裂损伤过程中孔洞数密度分布的变化。通过分析孔洞数密度分布、孔洞体积累积百分比、不同大小孔洞所占体积份额的计算结果,指出初始损伤对损伤演化有直接影响。     

一种基于空穴聚集的层裂模型

基于如下假设,给出了层裂过程中的应力松弛方程,并建立了一种基于空穴聚集的延性层裂模型：在层裂早期,微空穴的主要效应是减小应力作用面积;在层裂后期,应力按空穴聚集时的应力-空隙度依赖关系减小。把P.F.Thomason、D.L.Tonks等及S.Cochran等给出的依赖于应力（压力）的层裂空隙度方程分别耦合于守恒方程、计及损伤的状态方程及本构方程,建立了求解所有变量包括损伤的封闭方程组。这种基于空穴聚集的层裂模型已被应用于一维层裂试验的数值模拟。模型中的层裂强度及临界损伤度初始可以估计,最终的确定将使数值模拟结果与实测的速度（或应力）剖面以及观测的层裂面上的损伤基本一致。分别基于D.L.Tonk等及S.Cochran等给出的依赖于压力的层裂空隙度方程所作的一维层裂试验数值模拟结果基本一致,而与基于P.F.Thomason给出的依赖于应力的层裂空隙度方程所作的相应数值模拟结果有明显差异。     

微孔洞有核长大损伤演化模型研究

针对材料的层裂问题,从细观角度出发,提出微孔洞有核长大损伤演化模型假说.该模型包含损伤开始、演化和终止三个阶段,共有4个材料参数,分别是代表损伤开始发展的阈值应力的σ0,损伤演化时损伤率对超阈值应力的依赖指数λ,损伤终止时材料发生层裂时的极限损伤Dc,和损伤持续的时间参数Ψ.通过对D6AC钢和45钢层裂实验进行计算分析,验证了本文提出的损伤演化模型假说的合理性.并结合试验,给出了模型中4个材料参数物理内涵、取值方法及影响规律.损伤发展的过程量λ对损伤影响最大,表明损伤演化过程并非简单的能量累积,其次是损伤阈值应力σ0,极限损伤Dc和损伤持续的时间参数ψ对损伤影响最小.     

三角波强加载下延性金属多次层裂破坏问题

基于应力瞬时断裂判据和Tuler-Butcher损伤累积判据,分析了没有升压的简单三角波强加载下延性金属的多次层裂破坏问题。分析结果显示：层裂片的厚度随着冲击波宽度与强度的比值的增大而增大,材料的破坏深度小于冲击波宽度的一半;在强冲击加载下,材料的破坏深度约为冲击波宽度的一半。     

动态延性损伤的细观力学研究现状

本文从细观理论、率相关弹塑性本构、层裂实验及数值模拟等几个方面综述、评价了延性动态损伤的细观力学研究现状,结合以上工作,指出了今后材料动态延性损伤、断裂的细观力学研究应进一步开展工作的７个研究方向。     

一维应变条件下金属层裂的实验研究

材料的层裂是由两个相向的拉伸应力作用引起材料断裂的一种现象，是一个被普遍关注的力学问题。本文中主要对层裂研究的意义、历史和现状，一维应变条件下层裂的原因、表征、加载方式及测试技术等问题进行了综述，并讨论了影响层裂强度的几种主要因素。     

改进SPH方法在陶瓷材料层裂数值模拟中的应用

为了探讨铝飞片撞击陶瓷材料时的层裂现象,采用改进SPH方法模拟应力波在陶瓷材料中的传播。结果表明,当离散粒子分布不均匀时,数值模拟计算的自由面速度时程曲线与实测曲线吻合良好。对比CSPM方法,改进SPH方法的精度更高。提出适用于数值模拟的陶瓷材料损伤演化方程,对脉冲载荷下陶瓷/钢层合板层裂的破坏过程进行数值模拟,结果表明,由于陶瓷的波阻抗高于钢的,且抗压强度远高于抗拉强度,因此拉应力引起的层裂破坏是主要的。即使在材料内部传播的只是弹性压缩波,当弹性波到达材料界面时,由界面反射引起的卸载波也能导致陶瓷发生层裂破坏。     

45钢层裂研究

对４５钢进行了层裂实验,对软回收试件进行了显微金相观测,观察了材料中微损伤的形核、增和聚合机制。将文献［３］中的动态损伤模型编入一维Ｌａｇｒａｎｇｅ有限差分动力学程序,对层裂实验进行了数值模拟,计算结果与实验吻合较好。     

延性材料动态损伤演化模型研究

从微损伤系统的统计描述出发,应用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论的物理思想,考虑了微孔洞间的相互作用,建立了延性材料动态损伤的统计演化模型。结果能够描述材料在外载作用下的损伤弱化效应。还分析了材料变形中的两种不同的耗散机制,考虑了含损伤的本构关系。将上述模型用于几种材料的层裂过程数值模拟,并与实验结果作了初步比较。     

Spallation analysis with a closed trans-scale formulation of damage evolution

A closed, trans-scale formulation of damage evolution based on the statistical microdamage mechanics is summarized in this paper. The dynamic function of damage bridges the mesoscopic and macroscopic evolution of damage. The spallation in an aluminium plate is studied with this formulation. It is found that the damage evolution is governed by several dimensionless parameters, i.e., imposed Deborah numbersDe ^* andDe, Mach numberM and damage numberS. In particular, the most critical mode of the macroscopic damage evolution, i.e., the damage localization, is determined by Deborah numberDe ^*. Deborah numberDe ^* reflects the coupling and competition between the macroscopic loading and the microdamage growth. Therefore, our results reveal the multi-scale nature of spallation. In fact, the damage localization results from the nonlinearity of the microdamage growth. In addition, the dependence of the damage rate on imposed Deborah numbersDe ^* andDe, Mach numberM and damage numberS is discussed. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10172084, 10232040, 10232050, 10372012, 10302029) and the Special Funds for Major State Research Project (G200077305)     

撞击载荷下泡沫铝夹层板的动力响应

应用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了固支方形夹层板和等质量实体板的动力响应,分别应用激光测速装置和位移传感器测量了泡沫子弹的撞击速度和后面板中心点的位移历史,给出了夹层板的变形与失效模式,研究了子弹冲量、面板厚度、泡沫芯层厚度及芯层密度对夹层板抗撞击性能的影响。结果表明,后面板中心点挠度最大,周边最小,整体变形为穹形,且伴有花瓣形的变形。参数研究表明,通过增加面板厚度或芯层厚度均能有效控制后面板的挠度,改善夹层板的能量吸收能力,结构响应对子弹冲量和芯层密度比较敏感。实验结果对多孔金属夹层结构的优化设计具有一定的参考价值。 更多还原     

A study on the damage evaluation of weld heat affected zone

From the micro- and macroscopic points of view, the damage evolution of weld-simulated heat affected zone (HAZ) is studied. In the framework of continuum damage mechanics (CDM), the ductile and low cycle fatigue (LCF) damage evolution laws of HAZ have been examined. Two alternative laws of damage are proposed in this paper, which may meet the need for describing damage evolution of ductile rupture and LCF fracture, respectively.     

内爆炸加载条件下圆筒的膨胀、破裂规律研究

以经典热粘塑性本构关系 (John Cook本构关系和Powerlaw本构关系 )为基础 ,建立了更适当表征材料特征的新的、解耦的本构关系。采用SHPB(分离式霍普金森杆 )技术测定了常用弹箭材料 35CrMnSiA的不同应变率下的应力、应变关系 ,并采用拟合的方法确定了本构方程中的材料常数。与高速摄影技术测得的径向位移函数及圆筒材料的损伤演化方程相结合 ,建立了控制内爆炸加载圆筒膨胀 ,直至破裂的完备方程组 ,完成了内爆炸加载圆筒问题的数值模拟 ,计算结果与以往有关箭弹材料圆筒膨胀的实验结果符合较好。     

The mechanical behaviour of ductile materials damaged by two generations of voids

Large strain finite element method is employed to investigate the damaging effect of two generations of voids in ductile materials. An axisymmetric cylinder embedding an initially spherical void is chosen as the model cell. Secondary voids will initiate around the initial void when the local stress/strain in the matrix increases to certain critical conditions. This event is numerically simulated through an empty element technique. The interaction between these two generations of voids has been proved to be favourable to the voiding condition, thus accelerating the material damage, characterized by the value of the overall elastic modulus which may undergo drastic drop when nearing final fracture.