COUPLING EFFECTS OF VOID SHAPE AND VOID SIZE ON THE GROWTH OF AN ELLIPTIC VOID IN A FIBER-REINFORCED HYPER-ELASTIC THIN PLATE

The growth of a prolate or oblate elliptic micro-void in a fiber reinforced anisotropic incompressible hyper-elastic rectangular thin plate subjected to uniaxial extensions is studied within the framework of finite elasticity. Coupling effects of void shape and void size on the growth of the void are paid special attention to. The deformation function of the plate with an isolated elliptic void is given, which is expressed by two parameters to solve the differential equation. The solution is approximately obtained from the minimum potential energy principle. Deformation curves for the void with a wide range of void aspect ratios and the stress distributions on the surface of the void have been obtained by numerical computation. The growth behavior of the void and the characteristics of stress distributions on the surface of the void are captured. The combined effects of void size and void shape on the growth of the void in the thin plate are discussed. The maximum stresses for the void with different sizes and different void aspect ratios are compared.     

The growth of the void in a hyperelastic rectangular plate under a uniaxial extension

In the present paper, the finite deformation and stress analysis for a hyperelastic rectangular plate with a center void under a uniaxial extension is studied. In order to consider the effect of the existence of the void on the deformation and stress of the plate, the problem is reduced to the deformation and stress analysis for a hyperelastic annular plate and its approximate solution is obtained from the minimum potential energy principle. The growth of the cavitation is also numerically computed and analysed.Project supported by the National Natural Science Foundation of China     

SURFACE EFFECT ON NANOSIZED VOID GROWTH IN A RIGID-PERFECTLY PLASTIC MATERIAL

The influence of the surface effect on the nanosized spherical void growth in a rigidperfectly plastic material is analyzed and the mechanism of the nanosized void growth with high triaxiality is given. Based on the Rice and Tracey model for a macro void growth, the present model is proposed to account for the nanosized void growth under a uniform remote strain rate field with consideration on the surface effect. It is concluded that the surface effect yields an evident resistant influence on the nanosized void growth. That is, this influence decays as the void radius increases. With high triaxiality, the nanosized void growth is divided into two stages： the initial stage and the mature stage. At the first stage, the void grows slowly and the influence of surface effect is relatively weak, whereas at the second stage, the influence is significant and the void grows drastically.     

磁电弹复合材料和刚性导电导磁圆柱压头的二维微动接触分析

本文求解平面应变状态下磁电弹复合材料半平面和刚性导电导磁圆柱压头的二维微动接触问题。假设压头具有良好的导电导磁性,且表面电势和磁势是常数。微动接触依赖载荷的加载历史,所以首先求解单独的法向加载问题,然后在法向加载问题的基础上求解循环变化的切向加载问题。整个接触区可以分为内部的中心粘着区和两个外部的滑移区,其中滑移区满足Coulomb摩擦法则。利用Fourier积分变换,磁电弹半平面的微动接触问题将简化为耦合的Cauchy奇异积分方程组,然后数值离散为线性代数方程组,利用迭代法求解未知的粘着/滑移区尺寸、电荷分布、磁感应强度、法向接触压力和切向接触力。数值算例给出了摩擦系数、总电荷和总磁感应强度对各加载阶段的表面接触应力、电位移和磁感应强度的影响。     

超弹性材料中空穴的动态生成

本文在有限变形动力学的框架下研究了一种不可压超弹性材料圆柱体在表面突加均布拉伸载荷作用下空穴的动态生成问题.除一个相应于均匀变形状态的平凡解外,当外加载荷超过其临界值时,柱体内部还有空穴的突然生成,得到了空穴半径和表面载荷之间的一个精确的微分关系,证明了空穴随时间的演化是非线性的周期性振动.给出了空穴振动的相图、最大振幅、临界载荷及近似的周期.     

STATE OF THE ART OF CONSTITUTIVE RELATIONS OF HYPERELASTIC MATERIALS 1)

超弹性材料是工程实际中的常用材料, 具有在外力作用下经历非常大变形、在外力撤去后完全恢复至初始状态的特征. 超弹性材料是典型的非线性弹性材料, 其性能可通过材料的应变能函数予以表征. 近几十年来, 围绕应变能函数形式的构造, 已提出许多超弹性材料本构关系研究的数学模型和物理模型, 但适用于多种变形模式和全变形范围的完全本构关系仍是该领域期待解决的重要问题. 本文从3个不同角度, 对超弹性材料本构关系研究的最新进展进行了总结和分析: (1)不同体积变化模式, 包含不可压与可压两种; (2)多变形模式, 包含单轴拉伸、剪切、等双轴以及复合拉剪等多个种类; (3)全范围变形程度, 包含小变形、中等变形到较大变形范围. 超弹性材料本构关系研究的最新进展表明, 为了全面描述具体材料的实验数据并在实际问题中应用超弹性材料, 需要建立适合于多种变形模式和全变形范围的可压超弹性材料的完全本构关系. 对实际超弹性材料完全本构关系的建立及可压超弹性材料应变能函数的构造, 笔者还提出了相应的实施步骤和研究方法.     

ON THE ORIENTATION OF BUCKLING DIRECTION OF ANISOTROPIC ELASTIC PLATE UNDER UNIAXIAL COMPRESSION

The theory of small deformation superimposed on a large deformation of an elastic solid is used to investigate the buckling of anisotropic elastic plate under uniaxial compression. The buckling direction (the direction of buckling wave) is generally not aligned with the compression direction. The equation for determining the buckling direction is obtained. It is found that the out-of-plane buckling of anisotropic elastic plate is possible and both buckling conditions for flexural and extensional modes are presented. As a specific case of buckling of anisotropic elastic plate, the buckling of an orthotropic elastic plate subjected to a compression in a direction that forms an arbitrary angle with an elastic principal axis of the materials is analyzed. It is found that the buckling direction depends on the angle between the compression direction and the principal axis of the materials, the critical compressive force and plate-thickness parameters. In the case that the compression direction is aligned with the principal axis of the materials, the buckling direction will be aligned with the compression one irrespective of critical compressive force and plate-thickness. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19772032).     

一类可压缩超弹性圆柱体轴线上的空穴现象

对于由一类均匀各向同性可压缩的广义Varga材料组成的实心圆柱体,研究其在给定的外表面拉伸和轴向拉伸或压缩共同作用下的轴对称变形问题.利用能量变分原理得到了问题的控制方程和边界条件,并求得了描述柱体径向对称变形的参数型解析解和描述圆柱体轴线上空穴生成和增长的空穴分岔解.给出了与泊松比和轴向伸长相关的径向临界伸长的表达式和空穴生成后的应力表达式;并通过数值算例讨论了这些参数对圆柱体轴线上空穴生成和增长、圆柱体的径向位移以及应力的集中和突变的影响,同时给出了相应的数值模拟.     

不同应力三维度条件下孔洞的演变及修正的Gurson模型

本文对含不同形状孔洞的幂硬化材料的圆柱体胞模型，运用控制宏观应力三维工的方法进行了有限元分析。计算结果表明：１．孔洞初始形状，应力三维度对孔洞的长大有重要影响；２．Ｇｕｓｏｎ模型对孔洞长大规律的描述是不准确的，不准确度与孔洞初始形状，应力三维度有关，修正后的Ｇｕｒｓｏｎ模型与有限元结果吻合较好；３．在低应力三维度区，孔洞以及形状改变为主，在高应力三维度区，孔洞以扩张为主；     

基体微尺度效应对弹塑性多孔洞材料本构势及孔洞长大的影响

基于尺度相关的应变梯度塑性SG理论,对含孔洞的球形体胞模型进行了解析分析,得到了在基体梯度塑性环境下球形孔洞的演化规律,给出了弹塑性孔洞材料的宏观屈服面方程.与现有的基于尺度无关塑性理论的Gurson模型相比,该模型考虑了基体材料的特征长度l与孔洞半径a之比λ(λ=l/a)对多孔材料宏观屈服面和孔洞演化规律的影响.当不计基体材料的塑性梯度效应和硬化效应时,该模型能退化到经典的Gurson模型.     

中厚板弯曲问题的自然单元法

自然单元法是一种新兴的无网格数值计算方法,基于Reissner-Mindlin板弯曲理论,将自然单元法应用于平板弯曲问题的计算中,给出了相关的公式,推导了总体刚度矩阵和荷载列阵的计算列式.算例分析表明,自然单元法应用于中厚板的弯曲问题具有较高的计算精度,并可用于Winkler地基上基础板的计算.同时指出,对于厚跨比较小的薄板,由于对挠度和中面法线转角采用相同的插值形式,当板厚变薄时夸大了虚假的剪切变形影响,因而表现出剪切自锁现象.对进一步开发厚薄板通用的计算程序作了初步探讨.     

参变量变分原理求解土的变形模量与压缩模量间的关系

运用参变量最小势能原理推导了弹性及塑性状态下的土的变形模量与压缩模量间的关系,认为两者比值与土的内摩擦角φ、泊松比μ及粘聚力c等土性指标有关.提出了塑性影响因子α及临界应力p*的概念,指出当试验时土体应力大于土体的临界应力值时,变形模量与压缩模量的理论关系式应引入塑性影响因子α,从而克服了以往基于弹性理论得出的变形模量理论值远小于试验值的不足.     

ANALYTICAL SOLUTION FOR ROTATIONAL RUBBING PLATE UNDER THERMAL SHOCK

提出了热冲击和碰摩故障共同作用下的旋转悬臂板系统动力特性解析解法. 基于变分原理,推导出考虑碰摩力沿宽度方向差异性的薄板系统运动微分方程,将该方程的解分解为热冲击悬臂板准静态解和碰摩薄板热冲击动力解. 通过计算旋转悬臂板的模态特性和温度分布函数,获得了碰摩叶片旋转悬臂板模型的热冲击振动解析解,讨论分析得出热冲击和碰摩故障对薄板振动的影响规律. 研究表明:碰摩振动表现为复杂的多频率耦合振动,高频振动较为显著;热冲击振动表现为简单的低频振动形式,强烈的热冲击导致碰摩薄板趋于低频振动. 碰摩引起的振动形式较热冲击故障更加复杂,更容易引起叶片的破坏. 增大的摩擦系数加剧了碰摩引起的振动,利用减小表面粗糙程度等方法降低摩擦系数,可以达到减小碰摩破坏程度的目的.     

关于非线性Reissner板

给出几种典型的变分原理及界限定理,再建立一种关于应力函数及二个位移函数的近似理论。     

机械载荷作用下单边裂纹载流薄板的应力场

采用坐标变换的方式,将单边裂纹载流薄板通电瞬间由温度产生的应力场表达式中的各应力分量分离,并用极坐标进行表示．给出了Ⅰ型穿透裂纹尖端附近的应力场的表达式．最后将温度产生的应力场与单向拉伸载荷作用产生的应力场相叠加,推导出用极坐标表示的机械载荷作用下单边裂纹载流薄板的应力场的表达式,并给出算例．     

考虑三轴约束时孔洞的聚合机理及有效能量准则

通过体胞分析方法,对不同状孔洞在从光滑试样到裂纹试样的三轴应力场中的聚合机理进行了较精解的有限元分析,计算结果表明：（１）孔洞的相互靠近和横向扩展是导致相邻孔洞发生内颈缩聚合的两种基本机制,在应力三维度Ｒσ等于１．２５附近,这两种机制发生较明显的变化。（２）单纯以孔洞体积分数ｆＣ概念为基础的材料破坏参数一般敏感于应力三维度,不能很好地预报不同三轴应力场中材料的破坏,在此基础上,提出了描述孔洞聚合的     

有限液体负载下压电平板声板波理论分析

主要推导平板声板波受有限液体负载后能量衰减与波速改变情形, 以部分波传理论分析该受液体负载的压电平板波传行为, 并以一128$^{\circ}Y$向切角的铌酸锂芯片为例,分析前20个声板波受水与甘油负载下 的能量衰减,并固定某一平板板波, 针对不同甘油厚度负载下, 计算其相速度与衰减变化,该理论分析对于液体负载下的平板板波传感器应用具有极大的参 考价值.     

薄板弯曲理论中一个新的广义变分原理及其交替max,min性质

本文在薄板弯曲的经典理论中提出一个以挠度、横向剪应变、曲率、弯矩、横向剪力、边界上的未知反力为自变函数的新的变分原理,在对自变函数预加不严厉的约束后,新泛函具有一连串交替max,min的性质。     

大幅板爆炸焊接界面质量的板幅尺寸效应研究

摘要：由于爆炸焊接工艺过程的特殊性,大幅板爆炸焊接中存在的结合面焊接缺陷问题产生的原因一直未能得到明确揭示,本文利用非线性动力数值模拟,考察了3.5m~7.0m钛钢大幅板爆炸焊接质量问题产生的原因,发现大幅板爆炸焊接过程中复板存在褶皱变形现象,指出褶皱变形的出现与所用板幅尺寸比例密切相关,随着板幅尺寸比例的变化,褶皱变形持续时间、影响范围置以及最大褶皱深度存在规律性变化。     

薄板弯曲理论中一个新的广义变分原理及其交替max,min性质

本文在薄板弯曲的经典理论中提出一个以挠度、横向剪应变、曲率、弯矩、横向剪力、边界上的未知反力为自变函数的新的变分原理,在对自变函数预加不严厉的约束后,新泛函具有一连串交替max,min的性质。