损伤度函数模型用于3种钢层裂的二维数值模拟

 把损伤度函数模型嵌入到二维有限元程序DEFEL中,并对3种钢（HR-2钢、2169钢及45钢）的平板撞击层裂实验进行了数值模拟,在模拟中计及材料的屈服硬化效应和Bauschinger效应的影响,较好地再现了实测自由面的速度历史,同时给出了样品中的损伤分布及其发展。在数值模拟中发现,断裂面附近所受最大拉应力介于由声学近似解析计算的层裂强度和从三项式固体状态方程出发得出的断裂理论值之间,并对三者之间的差异作了分析,表明数值模拟结果是合理的。     

损伤度函数模型用于三种钢层裂的二维数值模拟

中外学者（董玉斌和Raul Cortes等）曾用损伤的概念来解释材料的动态断裂，并取得了不错的效果，但受计算方法及计算机发展的限制，大都采用一维数值模拟，一维计算虽然具有运算快、精度高的优点，但应用范围有限，二维数值模拟更能反映实际问题，可以为分析实际问题提供更多信息，应用范围更广。     

滑移爆轰作用下内爆柱形钢壳层裂的数值模拟

 Иванов等发表了滑移爆轰作用下内爆柱形钢壳层裂实验的回收试件测量结果，也给出了相应的数值模拟结果，但两者的差别较大。本文利用损伤度函数方法，对上述实验做了数值研究，所得到的回收试件尺寸数值结果与Иванов实验结果十分相符。这说明，损伤度函数方法对研究动态断裂问题有一定的普适性。本文还对Иванов实验的柱形钢壳内爆运动过程进行了数值模拟，讨论了临界损伤度α_c取值对断裂面位置、钢层运动轨迹及钢壳运动速度历史的影响，指出了在分析界面不稳定性问题时要注意α_c取值的影响。     

一种新的概念性层裂模型

 在重建Cochran-Banner模型的基础上提出了一种新的概念性层裂模型。这种新模型仅保留Cochran-Banner模型中的强度函数,重新定义损伤,并抛弃了基本假设：一旦微损伤形成,使微损伤演化远远易于使固体进一步体积应变,进而修正了差分微元中固体比容的计算。在新的模型中,一旦拉伸应力达到层裂强度,重新定义的损伤将由强度函数确定的应力松弛方程、计及损伤的能量守恒方程、状态方程以及本构方程等一系列封闭方程组确定。新模型中也仅包含两个参数：层裂强度及临界损伤度,它们的确定能使在一定初、边值条件下的层裂试验的数值计算结果与实验测得的靶自由面速度历史或靶-低阻抗界面应力历史以及回收观测的层裂面上的损伤一致。强调指出,选定强度函数或应力松弛方程提供了确定损伤的可能,同时排除了任何外加的损伤演化方程。     

强激光辐照下纯铝动力学响应和层裂的数值模拟

采用改进的损伤度函数模型,该模型将材料损伤断裂看作为一种典型的逾渗过程,根据逾渗临界准则,采用应力松弛函数来描述损伤后期微损伤之间的连通效应,考虑了损伤对材料本构的影响,对纯铝在强激光辐照下的动态力学响应和层裂破实验进行了数值模拟。通过高斯分布激光脉冲压力加载,计算分析了激光与样品相互作用。计算结果表明：损伤演化明显地改变了材料力学响应以及样品中波传播特性,计算较精确地再现了实测自由面速度随时间的变化过程。根据计算结果分析了损伤演化过程,485 μm厚样品中损伤的分布主要集中在距离样品后界面100 μm 范围内,具有明显的损伤局部化特征,最大损伤值为11.2%。     

强激光辐照下纯铝动力学响应和层裂的数值模拟

 采用改进的损伤度函数模型,该模型将材料损伤断裂看作为一种典型的逾渗过程,根据逾渗临界准则,采用应力松弛函数来描述损伤后期微损伤之间的连通效应,考虑了损伤对材料本构的影响,对纯铝在强激光辐照下的动态力学响应和层裂破实验进行了数值模拟。通过高斯分布激光脉冲压力加载,计算分析了激光与样品相互作用。计算结果表明：损伤演化明显地改变了材料力学响应以及样品中波传播特性,计算较精确地再现了实测自由面速度随时间的变化过程。根据计算结果分析了损伤演化过程,485 μm厚样品中损伤的分布主要集中在距离样品后界面100 μm 范围内,具有明显的损伤局部化特征,最大损伤值为11.2%。     

动态断裂过程的数值分析及LY-12铝的层裂

 本文从文献[1]中用于分析柱壳动态膨胀断裂过程的损伤度函数出发，将它推广到对一维应变下层裂过程的数值模拟研究。试件材料为LY-12铝，其特性方程取为含粘性的本构方程形式。数值计算结果很好地再现了实测自由面速度u_fs随时间t的变化过程，并表现出层裂强度σ_c及层裂面上的临界损伤度α_c都分别是应变率ε_c'的单调递增函数关系。σ_c~ε_c'的这种变化规律在许多文献中已屡见报道，例如可见文献[2-3]。在10⁵ s^-1~10⁶ s^-1应变率范围内，σ_c~ε_c'关系可以表示为ε_c'exp(-11.4α_c)=2 100 s^-1，这个式子可以作为一种层裂判据使用。数值计算还给出了层裂片的损伤度剖面，其形状特征与Barbee等对回收试件的细观测量结果在定性上一致。     

AF1410钢的层裂断裂特性研究

 利用一级轻气炮作为加载手段,对AF1410钢的层裂特性进行了研究,获得了AF1410钢的Hugoniot关系、塑性应变率、层裂强度以及层裂片厚度等动态力学参数。对回收的AF1410钢样品进行了断口分析和金相分析,从宏、微观角度分析了AF1410钢在不同应变率下的断裂特性。     

岩石Hopkinson层裂的流形元法模拟

 利用二阶流形元法,通过引入裂纹产生及扩展判据,对冲击载荷作用下岩石Hopkinson动态层裂过程进行了数值模拟,再现了拉伸波作用下Hopkinson层裂过程,计算得到的层裂片厚度和速度等与理论值符合较好,验证了流形元法在模拟冲击载荷作用下材料动态破坏过程方面的有效性和优越性。     

钢芯弹冲击高强度钢过程的数值模拟分析

 通过材料特性实验获得7.62 mm×39 mm普通钢芯弹弹芯、N-1高强度钢靶板材料的力学本构模型参数,建立了弹体和靶板的精细有限元模型。对靶板钢材的J-C断裂准则进行改进,并在LS-DYNA软件中实现。应用改进的断裂准则进行了N-1钢受普通钢芯弹垂直冲击过程的数值模拟,计算结果可更准确地反映出实验中靶板出现的绝热剪切冲塞行为,冲塞尺寸较接近实验结果,弹道极限速度也与实验吻合。由此克服了基于原J-C断裂准则计算的缺陷——靶板发生与实验结果不符的拉伸型破坏、冲塞尺寸明显偏小。     

不同晶粒度高纯铜层裂损伤演化的有限元模拟

采用Voronoi方法构建了50, 130和200μm三种晶粒度的高纯铜靶板,在晶界处随机预制损伤成核点,建立了平板撞击高纯铜靶板的二维轴对称计算模型,研究了晶粒度和加载应力对高纯铜层裂宏观力学响应和细观损伤演化的影响.基于自由面速度剖面特征分析,揭示了晶粒度和加载应力幅值对Pull-back速度回跳点位置、速度回跳斜率及回跳幅值的影响规律,论证了层裂强度与损伤区拉伸应力峰值相对应本质上表征微损伤早期长大临界应力;基于损伤演化云图特征分析,讨论了长大和聚集过程中微孔洞周围局域化塑性应变场的演变,揭示了晶粒度和加载应力对微孔洞聚集和应力松弛行为的影响.计算结果再现了层裂实验中材料内部的微孔洞长大、聚集的细观物理过程,进一步揭示其与宏观力学响应之间的内禀关系,这对认识层裂损伤演化机制和理论模型构建具有重要的意义.     

基于流体动力学模型的2维砷化镓金属半导体场效应管数值模拟

介绍了用于描述工作在高频强电场条件下的亚微米半导体器件的流体动力学模型,并讨论了为求解流体动力学模型所采用的算子分裂方法和有限体积法。使用流体动力学模型,对亚微米GaAs金属半导体场效应管器件进行了2维数值模拟,得到了该器件的I-V曲线、电子密度分布和电子温度分布。数值模拟结果表明,器件栅极电压越负,肖特基结的耗尽层越厚,源漏电流越小;在耗尽层内电场最强处,电子温度达到4 000 K;在强电场下,电子温度将严重偏离晶格温度,形成所谓热电子。     

基于流体动力学模型的2维砷化镓金属半导体场效应管数值模拟

 介绍了用于描述工作在高频强电场条件下的亚微米半导体器件的流体动力学模型,并讨论了为求解流体动力学模型所采用的算子分裂方法和有限体积法。使用流体动力学模型,对亚微米GaAs金属半导体场效应管器件进行了2维数值模拟,得到了该器件的I-V曲线、电子密度分布和电子温度分布。数值模拟结果表明,器件栅极电压越负,肖特基结的耗尽层越厚,源漏电流越小;在耗尽层内电场最强处,电子温度达到4 000 K;在强电场下,电子温度将严重偏离晶格温度,形成所谓热电子。     

强激光辐照下纳米铜动态拉伸型断裂的数值模拟

基于强激光辐照加载下纳米铜的层裂实验,采用含逾渗软化函数的损伤度函数模型对实验结果进行了数值模拟研究。强激光加载条件被简化为高斯分布脉冲压力施加在镍合金基体的前表面上。数值计算结果显示：损伤演化明显地改变了试样中波传播特性,无论是对微损伤还是完全层裂的试样,计算都较好地再现了实测自由面速度剖面,表明了含逾渗软化函数的损伤度函数模型在强激光加载条件下纳米铜层裂问题分析中具有较好适用性。     

激光支持等离子体流场的2维动态数值模拟

 采用高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法,以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式,给出了高温气体状态方程的简便描述,并考虑激光与等离子体的相互作用和能量耦合模拟了强激光与固体靶相互作用时激光支持靶面等离子体流场的动态物理过程,并同理论模型结果进行了比较。结果表明：不考虑2维膨胀效应的理论模型结果比2维数值计算结果偏大,但两者只有接近一倍的差距,并无数量级的差别。考虑了膨胀效应的2维数值计算结果是可信的。     

常压DBD二维流体模型的FCT方法数值模拟

根据常压介质阻挡放电流体模型的物理方程,采用固定网格有限差分算法,分别用四阶和六阶相位误差FCT方法模拟求解二维流体连续方程.在均匀的初始条件下研究放电雪崩过程中电子密度的时空演化,具体分析和比较两种算法的差异.FCT方法模拟求解得出的计算结果与气体放电理论吻合较好,是一种具有较好的准确性和高精度的算法.     

两相湍流色噪声扩维法PDF模型及数值模拟

由颗粒运动的朗之万方程出发,对流体脉动速度采用扩维方法,得到两个不同层次的PDF输运方程.通过对颗粒运动方程求解和高斯分布假设,解决PDF方程的封闭问题,获得颗粒二阶矩模型,然后将颗粒应力方程简化成代数方程,建立代数应力模型.将对流扩散方程的有限分析法运用到求解两相流模型中,对壁面两相射流进行数值模拟,对比分析数值结果与实验结果.     

用于电磁驱动真空-等离子体系统数值模拟的弛豫磁流体力学模型

提出了一个弛豫磁流体力学模型,特别适合电磁驱动真空-等离子体系统的数值模拟。该模型和Seyler采用的弛豫模型有相似之处,即采用全电磁模型,不同的是采用忽略电子惯性项的广义欧姆定律直接作为本构来封闭麦克斯韦方程,减少了独立变量,是适合此类问题的最简模型。分析了磁流体力学模型电磁部分的色散关系,从而论证了其在真空区退化为电磁传播,在等离子体物质区退化为磁扩散近似,并且相速和群速是有上界的。改进了Seyler采用的时间离散方式,从而将时间精度从1阶提高到3阶,时间步长不受刚性源项约束,只受系统最大的特征速度确定的柯朗-弗里德里奇-列维(CFL)条件约束,便于显式计算和大规模并行化。     

用于电磁驱动真空-等离子体系统数值模拟的弛豫磁流体力学模型

提出了一个弛豫磁流体力学模型,特别适合电磁驱动真空-等离子体系统的数值模拟。该模型和Seyler采用的弛豫模型有相似之处,即采用全电磁模型,不同的是采用忽略电子惯性项的广义欧姆定律直接作为本构来封闭麦克斯韦方程,减少了独立变量,是适合此类问题的最简模型。分析了磁流体力学模型电磁部分的色散关系,从而论证了其在真空区退化为电磁传播,在等离子体物质区退化为磁扩散近似,并且相速和群速是有上界的。改进了Seyler采用的时间离散方式,从而将时间精度从1阶提高到3阶,时间步长不受刚性源项约束,只受系统最大的特征速度确定的柯朗-弗里德里奇-列维(CFL)条件约束,便于显式计算和大规模并行化。     

微空心阴极放电的3维数值模拟

 给出了圆筒形微空心阴极的3维流体方程组及其稳态的差分方程和合理的边界条件,并利用计算机模拟计算,得出了He放电形成的粒子密度、电子能量、 电场及电势分布。讨论了在阴极孔径为240~360 mm,气压6 666.1~13 332.2 Pa的范围内放电参量的变化规律:固定电压和气压时,阴极孔径减小,负辉区重合越多;固定阴极孔径和气压时,气压升高,带电粒子密度随着气压增加而增加。结果表明放电参量强烈依赖阴极孔径和气压。