晶体塑性变形离散滑移模型及有限元分析

基于韧性单晶体实验现象，建立了描述晶体塑性变形的离散滑移模型．该模型的主要特点是：晶体滑移变形在宏观上是不均匀的，滑移带的分布是离散的．利用晶体塑性理论对模型进行了有限变形有限元分析，计算结果揭示了晶体滑移的离散行为，模拟的应力 应变曲线与实验曲线相吻合     

材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟

材料的力学性能，尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性，是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构（晶粒的形貌和取向等）对宏观塑性各向异性的影响，因此，本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型，并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先，建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算，并与实验结果进行对比验证。然后，以单向拉伸为例，分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响，并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明，本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响，为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。     

各向异性双晶和三晶体弹塑性应力场分析

用三维弹塑性晶体滑移有限元程序对不同晶体取向的双昌和三晶体在昌界和三晶交点处的应力集中科技司和滑激活规律进行了计算分析。双晶体在计算时考虑取向的影响,计算结果表明,晶界处应力有较大的出现复杂的变化规律,这种规律与晶体取向相关;三晶交点和晶界使得三晶体应力重新分布,三晶交点可能是应力集中之地,但也可能不造成应力集中,这主要与三个晶体取向相关。本文计算表明,只有仔细地研究细观过程,才能准确理解金属材料     

含冷却孔镍基合金次级取向效应的应变梯度晶体塑性有限元研究

单晶镍基合金具有优异的耐高温、高强、高韧等性能, 这些力学性能受制造过程引入的次级取向和冷却孔的影响. 已有研究大多关注单孔薄板的变形机理和力学性能, 而工程中应用的往往是多孔薄板, 当前亟需阐明多孔的塑性滑移带变形机理、次级取向效应以及冷却孔引起的应变梯度效应. 文章采用基于位错机制的非局部晶体塑性本构模型对含冷却孔镍基单晶薄板的单拉变形进行了数值模拟. 此模型基于塑性滑移梯度与几何必需位错的关系引入了位错流动项, 因此可有效刻画非均匀变形过程中的应变梯度效应. 为了全面揭示含孔镍基薄板的次级取向效应, 系统研究了[100]和[110]取向(两种次级取向)下镍基薄板的单拉变形行为, 并重点探究了在两种次级取向下冷却孔数量对薄板塑性行为的影响. 此外, 还分析了镍基合金板变形过程中各个滑移系上分切应力变化、主导滑移系开动以及几何必需位错密度的演化过程, 并讨论了塑性滑移量及其分布特征对不同次级取向镍基合金板强度的影响. 研究表明, 单孔和多孔的[110]薄板抗拉强度均低于[100]薄板, 多孔薄板的塑性变形过程比单孔薄板更为复杂且受次级取向影响更大, 并且发生滑移梯度位置主要位于冷却孔附近以及塑性滑移带区域. 研究结果可为工程中镍基合金的设计和服役提供理论指导.      

晶体非比例双滑移的一般运动学

本文对非比例双滑移的变形规律和运动学进行了一般的数学分析。提出了双线性双滑移、逐段线性双滑移的变形梯度张量的解析公式。导出了线元切向量的变形方程以及拉伸轴在极射赤面投影图上位置变化计算公式。 对于任意形式的双滑移,本文提出了运动学分析的精确的数值积分方法。 最后结合面心立方和体心立方晶体,计算了几种典型情况下的拉伸轴旋转。     

考虑两种晶界的各向异性双晶和三晶体晶界附近弹塑性应力场分析

采用率相关的晶体滑移有限元程序对具有不同晶体取向的双晶体晶界附近及三晶体三晶粒交汇处的弹塑性应力场进行了计算,考虑了几何晶界和物理晶界的影响.计算结果表明:双晶体及三晶体考虑几何晶界和物理晶界时,这两种晶界具有相同的应力分布趋势,只是物理晶界比几何晶界的应力集中程度小,双晶体晶界附近有较大的应力梯度,存在应力集中现象.三晶体三晶粒交汇处可能是应力集中之地也可能不造成应力集中,这主要取决于晶粒晶体取向及加载方向.由此可见,要准确理解金属材料的断裂过程,还需要从细观的角度对晶界的力学响应进行细致和深入的研究.     

单晶体和双晶体微观层次变形行为的有限元分析

从微观层次上研究金属材料的变形行为,将位错引入到本构关系中,用硬化函数描述材料的硬化规律,考虑了变形的率相关性,采用三维模型用大变形有限单元法对单晶体在单向拉伸载荷和循环载荷作用下的变形行为、双晶体在单向拉伸作用下滑移系的开动进行了模拟计算,得到了与实验一致的计算结果。     

各向异性弹塑性中厚度板壳的有限元分析

本文在文献〔２，３〕的基础上，提出了一个解各向异性弹塑性中厚度板壳问题的有限元方法。考虑材料各向异性的特点，采用了Ｈｉｌｌ推广的Ｈｕｂｅｒ－Ｍｉｓｅｓ屈服准则；借用Ｏｗｅｎ的剪切修正系数，正确计及了叠层复合材料壳体的横向剪切效应；为了避免“自锁”现象，文中采用了９节点的Ｈｅｔｅｒｏｓｉｓ二次壳单元；特别是本文利用插值外推的思想，提出了一个带预测的弧长增量控制法，显著提高了确定变形路径的计算效率。几     

各向异性弹性体光滑接触界面上的滑移脉冲波

利用Stroh公式,Fourier分析和奇异积分方程技术研究了两各向异性弹性半空间光滑接触可分离界面上滑移脉冲波的存在及其传播特性。结果表明,如果至少能在一种介质中存在Rayleigh波,且其波速小于两种介质中的最小极限速度,则滑移脉冲波就可以存在。这种脉冲波传播速度不确定,可在最小极限波速与较低的Rayleigh波速之间取值,而该取值范围又取决于无界面分离情况下的第一、第二滑移波的解。分离区大小取决于扰动的强度,界面法向力和质点速度在分离区两端有 1 /2奇异性。     

动态有限元程序评介

Ⅰ.引言二体和多体碰撞问题越来越受到广泛重视。这不仅因为军事应用的需要,还由于如下几个方面的兴趣:交通安全;车辆碰撞;核反应装置在冲击载荷下的安全问题;装甲系统的设计;由液体和固体微粒碰撞引起的材料的腐蚀和断裂;空间飞行器对流星体碰撞的防护;爆炸成型和焊接,等等。      

用结构分析程序模拟计算三维非均匀各向异性场问题

文［１］曾提出一种将固体力学矢量方程进行退化，用来模拟计算场问题标量泊松方程的新方法。对各向同性场介质必须用各向异性弹性材料来模拟。本文进一步给出０了对三维各向异性场介质的模拟关系，它适用于非均匀各向异性场介质，甚至其主轴方向也随位置变化的情况，因而可用结构分析程序直接计算较复杂的各向异性场问题。这一功能甚至超过了某些场分析专用程序。     

各向异性材料疲劳损伤模拟

根据连续损伤理论，考虑到了损伤能释放率等引起损伤的重要因素，提出了一个各向异性疲劳损伤模型。此模型结构简单，适用于各种各向异性材料。利用该模型对玻璃聚酯复合材料层板在单向受力情况下进行了寿命预测，预测值与实验值符合较好     

Anisotropic plastic fields at a rapidly propagating crack-tip

Under the condition that all the stress components at a crack-tip are the functionsofθonly,making use of the equations of steady-state motion,stress-strain relationsand Hill anisotropic yield conditions,we obtain the general solutions at a crack-tip inboth the cases of anti-plane and in-plane strains.Applying these general solutions tothe concrete cracks,the anisotropic plastic fields at the rapidly propagating tips ofmodeⅢand modeⅠcracks are derived.     

Anisotropic wave propagation and its applications to NDE of composite materials

This paper utilized anisotropic wave propagation theory to measure the elastic constants of a unidirectional fiber-reinforced composite specimen. For plane waves propagating in the composite specimen, the deviation of the propagational directions between the energy and phase velocities were measured. It is found that in such a sample, the deviations may be as large as 60 degrees. The measured energy velocities were transformed to the phase velocities of the plane waves by employing a numerical scheme. It is demonstrated that the elastic constants of a unidirectional fiber-reinforced composite can be determined by conducting ultrasonic experiments in two principal symmetry planes.     

Hertzian Contact of Anisotropic Piezoelectric Bodies

The Fourier transform method is applied to the Hertzian contact problem for anisotropic piezoelectric bodies. Using the principle of linear superposition, the resulting transformed (algebraic) equations, whose right-hand sides contain both pressure and electric displacement terms, can be solved by superposing the solutions of two sets of algebraic equations, one containing pressure and another containing electric displacement. By presupposing the forms of the pressure and electric displacement distribution over the contact area, the problem is solved successfully; then the generalized displacements, stresses and strains are expressed by contour integrals. Details are presented in the case of special orthotropic piezoelectricity whose material constants satisfy six relations, which can be easily degenerated to the case of transverse isotropic piezoelectricity. It can be shown that the result gained in this paper is of a universal and compact form for a general material.Supported by the National Natural Science Foundation of China (No.10372003).     

Anisotropic plastic fields at a rapidly propagating plane-stress crack-tip

Under the condition that all the stress components at a crack-tip are the functions ofθonly,making use of the equations of steady-state motion.Hill anisotropic yield condition and stress-strain relations,we obtain the general solution of anisotropic plastic field at a rapidly propagating plane-stress crack-tip.Applying this general solution to four particular cases of anisctropy,the general solutions of these four particular cases are derived.Finally,we give the anisotropic plastic field at the rapidly propagating plane-stress modeⅠcrack-tip in the case of X=Y=Z     

Generalization of the Stroh Formalism to 3-Dimensional Anisotropic Elasticity

A method of analysis for three-dimensional anisotropic elasticity is developed, based on Stroh's two-dimensional formalism. By use of the present method a three-dimensional solution can be constructed by the corresponding two-dimensional solution. The method is applied to solve several problems concerning a point force or a dislocation loop. Existing results for these problems are recovered in a unified manner and additional new results are obtained. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

航空用芳纶纸蜂窝各向异性行为研究

采用Arcan加载装置对航空用芳纶纸蜂窝试件进行一系列面外压剪复合加载实验,以此研究材料各向异性行为。实验结果表明:随着面内方向角增加,芳纶纸蜂窝面内等效剪切模量、等效剪切强度显著减小,实验屈服面显著扩张,材料表现出明显的各向异性。基于实验结果,确定了测试蜂窝面内等效剪切模量、等效剪切强度上下限值及其比值关系,并与理论值进行比较。一个适用于各向异性材料的屈服准则与实验屈服面进行比较,比较结果表明:屈服准则能大致描述蜂窝各向异性屈服行为。     

Anisotropic Hyperelasticity Based Upon General Strain Measures

This paper presents stress-strain constitutive equations for anisotropic elastic materials. A special attention is given to the logarithmic strain. Assuming a constitutive equation for the specific internal energy the equation governing the Cauchy stress is derived. Mathematical relations presented take a relatively simple form and concern a very wide class of elastic materials. The dependence of third-order elastic constants on the choice of strain measure is shown. The third-order elastic constants measured experimentally in relation to the Green strain are recalculated here for the logarithmic strain. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

各向异性弹性体中矩形孔边缘应力分布

推导了各向异性平面弹性体中矩形孔洞边缘的应力分布公式并给出了数值计算结果。工程中会遇到矩形孔洞的问题，而矩形孔导致的应力集中增加了工程问题的复杂性。目前尚没有简单实用的公式计算矩形孔在各向异性体中应力的分布。本文采用复变函数保角变换的方法推导了矩形孔边缘的应力公式。在利用本文给出的方法，可以计算矩形孔在不同性质的各向异性材料中，承受任意的双轴荷载下孔边缘的应力分布情况。