纯铜一维动态损伤研究

在Ｊｏｈｎｓｏｎ方法的基础上，本文采用细观方法提出了一个延性材料动态损伤模型。模型中考虑了材料的硬化，应变率效应和惯性效应。同时进行了纯铜一维层裂实验，对软回收试件进行了显微金相和定量金相分析，观察到了一些有意义的力学现象，利用一维Ｌａｇｒａｎｇｅ有限差分动力学程序。采用本文提出的损伤模型对纯铜的层裂过程进行了数值模拟，得到了比较满意的结果。     

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。     

延性介质动态损伤模型

本文借鉴Johnson的基本方法,采用高应变率下的应力应变关系,以一个球形实体中含有球形空穴为基本力学单元,通过分析基元的受力状况,采用奇异摄动方法,推导出了空穴膨胀比的演化方程。方程中考虑了材料的硬化和应变率效应,同时又计及了惯性效应,在考虑空穴成校对损伤的影响时,采用了Chu和Needleman的结果,利用本文提出的模型对两个一维高速碰撞实验进行了数值模拟,计算结果与实验吻合较好。     

20#钢动态拉伸断裂行为及其临界损伤度研究

首先对一维应变平面冲击载荷下20#钢的动态拉伸断裂行为进行了实验研究,考察了加载应力和拉伸应变率影响;然后基于损伤度函数模型,对实验进行了数值模拟研究,结果表明:模型中定义的特征物理量-断裂临界损伤度与外载荷条件(加载应力和拉伸应变率)的无关性或不敏感性;最后.采用Ls-dyna动力有限元程序并嵌入损伤度函数模型,对滑移爆轰下20#钢柱壳内爆驱动层裂进行二维数值模拟研究,结果表明:一维应变平面层裂实验和模型计算确定的损伤模型参数,也适用于描述柱壳构形复杂应力环境下的动态拉伸断裂问题.从而初步证实了断裂临界损伤度可以看作是一个表征延性金属动态拉伸断裂的内禀物性参数.     

延性动态损伤的细观描述

对动载荷下材料的延性动态损伤的细观力学研究现状进行了评述，详细讨论了现有的几类典型的动态延性损伤的微孔生长模型。针对目前该领域工作中存在的问题，指出了今后应开展的工作方向。     

延性材料动态断裂的实验研究和数值分析

本文对延性材料纯铜和ＬＹ１２铝合金进行了层裂实验，对软回收试件进行了仔细的定量和显微金相观测，观察到了两种材料中不同微损伤的形核、增长和聚合机制，为理论分析提供了真实的实验结果。将文〔４〕提出的延性动态损伤模型编入了一维Ｌａｇｒａｎｇｅ有限差分动力学程序，对两组层裂实验进行了数值模拟，计算结果与实验吻合较好。     

延性材料的损伤断裂

以细观统计损伤理论为基础 ,对材料受冲击载荷作用下初期损伤的成核成长效应进行了定量计算。得到了不同动载荷作用下从损伤成核到成长阶段转换的特征时间 ,并把它应用于Johnson提出的延性材料的损伤断裂模型 ,减小了原模型中的模型参数初始损伤度的随意性 ,增加了Johnson模型的确定性与可预测性。用改进后的模型计算不同冲击速度下OFHC铜的损伤断裂 ,计算结果与实测结果吻合较好。     

延性材料层裂的数值模拟

本文对Carroll,Holt和Johnson提出的延性材料简化模型进行了改进,在模型中考虑了材料的硬化,用数值方法模拟了高速碰撞中铝板和钢板的层裂过程,其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。     

A study on one-dimensional dynamic damage in pure copper

Based on meso-damage mechanics, a model of dynamic ductile damage under tensile stress is developed, in which work-hardening behavior, rate-dependent contribution and inertial effects are taken into account. Plate-impact test on pure copper under one-dimensional plane strain condition is conducted. Some significant mechanical phenomena are observed by means of microscopic observations of the spalled specimen. The mathematical model presented in this paper is incorporated in a hydrodynamic one-dimensional finite-difference computer code, to simulate the process of spallation in pure copper sample. Comparison of numerical calculations and experimental results shows that the model can describe spall damage successfully.     

EXPERIMENTAL STUDY AND NUMERICAL ANALYSIS OF DYNAMIC FRACTURE IN DUCTILE SOLIDS

Spall tests in pure copper and LY12 aluminum alloy are performed. Themechanism of the nucleation, growth and coalescence of micro-voids is observed bymeans of microscopic observation of the recovered specimens. The model presented inRef. [4] is incorporated in a hydrodynamic one-dimensional finite-difference computercode to simulate the processes of spallation in pure copper and LY12 aluminum alloyspecimens. This model can satisfactorily describe the processes of spallation.     

材料的动态损伤和失效

本文对动载荷下材料内部损伤演化过程的研究进行了较为全面、系统的介绍和总结,并对现有的各种动态损伤模型(包括笔者所提出的模型)进行了必要的比较、讨论和评述。     

考虑损伤的粘弹性梁的纯弯曲

根据粘弹性损伤理论,分析了带损伤粘弹性矩形梁在受纯弯曲时损伤对应力的影响,得到了在Laplace变换域内损伤场和应力场的分布.利用Laplace数值逆变换,分别得到了损伤弹性梁和损伤粘弹性梁的最大应力和最大损伤值,分析了材料的粘性对梁内应力和损伤的影响.     

NUMERICAL SIMULATION STUDY ON DYNAMIC RESPONSE UNDER RUDDER CONTROL

针对超声速机动飞行器舵面操纵动态响应问题,开展了相应的算法研究,建立了适用于模拟舵面与弹体相对运动及弹体气动力动态响应的非定常计算方法和局部动态网格变形技术. 以方形弹超声速绕流为例,验证了所提出的定常和非定常计算方法. 对方形弹舵面操纵的3种基本过程(脉冲、阶跃和谐波) 进行了数值模拟,获得了舵面操纵下导弹的俯仰运动对操纵的响应过程. 研究结果表明,快速的舵面操纵过程,甚至会导致导弹的俯仰运动失稳.     

PROBABILISTIC DAMAGE IDENTIFICATION OF STRUCTURES WITH UNCERTAINTY BASED ON DYNAMIC RESPONSES

The probabilistic damage identification problem with uncertainty in the FE model parameters, external-excitations and measured acceleration responses is studied. The uncertainty in the system is concerned with normally distributed random variables with zero mean value and given covariance. Based on the theoretical model and the measured acceleration responses, the probabilistic structural models in undamaged and damaged states are obtained by two-stage model updating, and then the Probabilities of Damage Existence （PDE） of each element are calculated as the damage criterion. The influences of the location of sensors on the damage identification results are also discussed, where one of the optimal sensor placement techniques, the effective independence method, is used to choose the nodes for measurement. The damage identification results by different numbers of measured nodes and different damage criterions are compared in the numerical example.     

不同耦合介质爆破裂纹动态扩展特性研究

不耦合装药结构能有效改善爆破效果。为探究不同耦合介质对爆破效果的影响,利用透射式数字激光焦散线实验系统,对有机玻璃板(polymethyl methacrylate, PMMA)试件开展水、空气、沙土3种耦合介质的不耦合爆破试验,研究不同耦合介质爆后裂纹形貌,计算裂纹分形维数,定量评价岩石破坏程度。分析裂纹扩展速度与动态应力强度因子变化规律,对比不同耦合介质下爆生裂纹的动态力学行为。结合数值模拟进行辅助分析,解释不同耦合介质对数值模拟中爆破损伤范围、孔壁压力时间曲线和岩石模型的总能量曲线的影响规律。结果表明：水耦合爆后裂纹分形维数最大,炮孔周围裂纹数量众多,主裂纹扩展长度最大,爆破效果最佳。沙土耦合爆破需要更多的能量使裂尖起裂,其动态应力强度因子最大。模拟得到的损伤云图与实验结果一致,水耦合损伤范围最大,空气耦合次之,沙土耦合损伤范围集中在炮孔周围。而孔壁压力时程曲线、能量时程曲线则验证爆破实验结果,表明水耦合爆破能更好地利用爆炸能量,提高试件的破坏效果。

     

高韧性管道动态断裂的气体减压模式和材料韧性研究

天然气管道上动态裂纹扩展包含气体、结构和断裂的相互作用．因此，分析射流场分布特性及其与管壁开裂变形的相互作用是数值模拟过程的关键问题．随着钢管韧性等级的迅速提升和气体压力的不断提高，原有的经验公式乃至算法多数不再适用，亟需通过理论、试验和数值模拟给出新的扩展与止裂判据，以控制裂纹在管道上扩展的速度和距离．本文通过一系列的韧性试验校正了现行的管材韧性判定办法，并对不同工况下的裂纹动态扩展以及超声速射流场进行了数值仿真，以建立一套工程适用的评价体系。