不同形状压头作用下的压痕蠕变数值研究

采用有限元方法分析了圆锥压头、球形压头和圆柱形平压头作用下铝合金(2A12)的压痕蠕变行为,给出了三种压头作用下的等效蠕变应变、压痕深度-时间曲线和硬度-时间曲线.对于给定尺寸的三种压头,在相同载荷作用下,圆锥压头作用下的最大等效蠕变应变最大,圆柱形平压头作用下的最大等效蠕变应变最小;不同形状压头的压痕深度-时间曲线相似,由"瞬态蠕变"和"稳态蠕变"两段组成;而硬度随时间和压痕深度均呈现递减的趋势,不存在稳态数值.结果表明,在研究高温压痕蠕变现象、确定材料蠕变参数方面,平压头具有相当的优势:压头下方的应力场相对稳定,可不考虑摩擦和堆积的影响,计算简便准确.     

血红细胞力学性能的纳米压痕实验和有限元模拟

采用纳米压痕技术和有限元方法研究了血红细胞的生物力学性能. 进行了血红细胞的纳米压痕实验, 得到了血红细胞的材料参数和变形形貌; 在实验基础上, 建立了血红细胞的三维有限元模型, 模拟了血红细胞的压痕载荷-位移曲线, 并考虑了参数效应. 数值模拟结果和实验数据符合很好. 通过改变压头与材料之间的摩擦系数和压头曲率半径等参数, 比较了载荷-位移曲线的变化情况. 研究表明摩擦系数对压痕载荷-位移曲线和应力分布影响很小, 而压头曲率对载荷-位移曲线的影响明显.     

PBX材料蠕变性能的云纹干涉法实验研究

本文利用云纹干涉法对PBX材料蠕变行为进行了研究。实验中采用圆盘试件进行压缩实验。利用圆盘对径受压实验间接拉伸的特点,测量了PBX材料的拉伸蠕变及蠕变恢复曲线,同时也得到了圆盘部分区域压缩蠕变及蠕变恢复曲线。实验中,观察到蠕变的阶段上升现象,这一现象不同于一般的纯的高聚物的蠕变变形。并针对这一蠕变现象利用破坏力学理论进行了初步分析。文中的实验现象及实验数据将为PBX材料蠕变破坏变形的进一步的理论分析提供科学依据。     

用能量法分析层状材料弹性接触问题

利用能量法分析了层状材料(薄膜/基体)弹性接触问题,得到了具有一阶精度的闭合解,给出了求解薄膜弹性模量和泊松比的表达式,并与有限元的数值解进行了比较.二者比较结果表明:在工程材料范围内,理论解与数值解相差在6%以内;同时表明单相材料中剪切模量与弹性模量之间的关系也适用层状材料中的薄膜材料.在数值解的基础上,讨论了薄膜厚度与压头半径的比值对求解精度的影响,发现此比值对精度影响不大.通过对层状材料等效泊松比与等效弹性模量的定义,给出了用压痕实验测定薄膜泊松比与弹性模量的方法.     

基于SHPB的球形压痕实验方法

提出一种基于霍普金森压杆装置的动态球形压痕实验方法,通过将硬质合金小球置于2个试件中间,实现加载过程中2个试件的同时压入,以得到准确的压痕力与位移的关系。利用有限元软件ABAQUS/Explicit对该实验方法进行了数值模拟,从实验结果的可行性、准确性等方面,对新实验方法与传统的动态压痕实验方法进行了比较;采用新方法对铝合金材料进行了实验,并得到了压入力-位移曲线等关系。研究结果表明：采用新实验方法能得到较准确的结果,能较真实地描述压痕过程。     

表征沥青及沥青混合料高低温蠕变性能的流变学模型

本文根据由高、低温蠕变实验所得到的沥青混合料的变形特性,在分析现有流变学模型性能的基础上,提出了一种能够精确地表征沥青混合料变形特性的流变学模型,导出了其蠕变方程,并根据蠕变实验结果确定了材料的模型参数.这一模型的建立,为采用流变学理论和粘弹性理论研究沥青混合料及沥青路面奠定了基础.     

腰椎力学分析的数值模拟与实验研究

采用数值模拟和实验测试技术对两种不同内固定法的腰椎模型进行应力和变形分析,基于CT图像建立L4-S1的三维数值模型,经ANSYS计算分析得出五种工况下的终板应力值;在实验中采用了一种薄膜压力测试传感器结合图像处理的方法,提高测试椎间盘压力分布的精度;同时采用数字图像相关技术对腰椎骨上下关节突在承载情况下的空间位移进行了测量,获得了腰椎间盘（L3-L4）在承受轴压、前屈后伸和侧弯情况下的压力分布,以及对应的关节突的位移迹线。结果表明：本研究采用的数值分析技术和实验开发的测试技术可操作性强,精度满足要求,有望在类似的生物力学分析中得到应用。     

BIOSID Dummy撞击实验的计算机模拟研究

给出了一个BIOSIDdummy侧撞有限元模拟结果 ,和实验结果比较验证后可知该模型是可靠有效的。这一模型不仅可以用于任何侧撞情况下车辆乘员损伤防护模拟的研究 ,而且也可用于dummy本身的改进发展。     

含缺陷双层石墨烯的纳米压痕模拟研究

石墨烯具有独特的力学、电学性能,被誉为是具有战略意义的新材料,具有广泛的应用前景. 目前生产的石墨烯含有各种缺陷,相较于完美石墨烯,其仍有较大应用价值. 因此有必要研究和掌握缺陷对石墨烯性能的影响,以便在目前的生产技术下,推动其工业化应用. 采用Tersoffff 势来模拟C—C 共价键的相互作用,Lernnard-Jones 势来模拟非成键碳原子之间相互作用力,基于分子动力学模拟了金刚石压头压入含缺陷双层石墨烯的纳米压痕过程,讨论了Lernnard-Jones 势函数的截断半径最佳值以及得到了典型的载荷-位移曲线. 重点探讨了Stone-Thrower-Wales、空位(包括单空位和双空位缺陷) 以及圆孔缺陷当位置不同和数目不同时对石墨烯力学性能的影响. 得出结论：薄膜中心存在缺陷时,破坏强度下降幅度特别明显. 空位缺陷在压头半径范围内存在时,临界载荷与缺陷与薄膜中心的距离成线性关系;缺陷数目越多,其杨氏模量、破坏强度等就越低. 圆孔缺陷数目在压头范围外达到一定浓度后会使石墨烯的力学性质显著降低. 本文结论也说明石墨烯结构稳定,对小缺陷不敏感,缺陷石墨烯仍具有较好的性能和使用价值.     

能量非局部模型和新的应变梯度理论

提出一种新的基于能量非局部模型的应变梯度理论,并应用此理论对多晶铜以及薄膜基底的微压痕硬度进行理论预测和数值分析. 首先,提出了能量非局部模型,并由此模型,得出新应变梯度理论的本构关系;其次,由变分原理,得出相应的有限元公式;再次,给出了微压痕硬度的有限元分析方法;最后,将该理论预测结果与经典理论预测结果以及实验结果进行了对比. 结果表明,计算结果与实验结果相符;而经典理论的预测结果远低于实验结果.      

ANALYSIS ON PSEUDO-STEADY INDENTATION CREEP

Theoretical analysis and finite element （FE） simulation have been carried out for a constant specific load rate （CSLR） indentation creep test. Analytical results indicate that both the representative stress and the indentation strain rate become constant after a transient period. Moreover, the FE simulation reveals that both the contours of equivalent stress and equivalent plastic strain rate underneath the indenter evolve with geometrical self-similarity. This suggests that pseudo-steady indentation creep occurs in the region beneath the indenter. The representative points in the region are defined as the ones with the equivalent stress equal to the representative stress. In addition, it is revealed that the proportionality between indentation strain rate and equivalent plastic strain rate holds at the representative points during the pseudo-steady indentation creep of a power law material. A control volume （CV） beneath the indenter, which governs the indenter velocity, is identified. The size of the CV at the indented surface is approximately 2.5 times the size of the impression. The stress exponent for creep can be obtained from the pseudosteady indentation creep data. These results demonstrate that the CSLR testing technique can be used to evaluate creep parameters with the same accuracy as conventional uniaxial creep tests.     

纳米压痕过程的三维有限元数值试验研究

采用有限元方法模拟了纳米压痕仪的加、卸载过程，三维有限元模型考虑了纳米压痕仪的标准Berkovich压头．介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式，讨论了摩擦、滑动机制、试件模型的大小对计算结果的影响，进行了计算结果与标准试样实验结果的比较，证实了模拟的可靠性．在此基础上，重点研究了压头尖端曲率半径对纳米压痕实验数据的影响．对比分析了尖端曲率半径r＝0与r＝100nm两种压头的材料压痕载荷—位移曲线．结果表明，当压头尖端曲率半径r≠0时，基于经典的均匀连续介质力学本构理论、传统的实验手段与数据处理方法，压痕硬度值会随着压痕深度的减小而升高．     

云母石英片岩的三轴蠕变试验研究

在三轴蠕变试验的基础上,通过对径向蠕变和轴向蠕变的比较研究,得出云母石英片岩的蠕变变形和长期强度特点:径向蠕变变形比轴向蠕变变形敏感,以径向蠕变长期强度作为长期强度更合理;围压越大,对径向变形的约束能力越强,径向蠕变长期强度和轴向蠕变长期强度均增加,径向蠕变长期强度与轴向蠕变长期强度的比值减小。同时指出进行径向蠕变研究的意义。     

混凝土结构温度徐变应力的首次超越可靠度

基于随机有限元法，充分考虑大体积混凝土结构徐变温度应力计算中的各种随机因素，视混凝土温度场，弹模，徐变度以及抗力等为非平稳随机过程，针对非线性功能函数情况，首次提出了大体积混凝土结构随机温度徐变应力首次超越可靠度的计算方法，该方法可以方便地退化为求解任一时刻混凝土结构的静态可靠度。     

FINITE ELEMENT SIMULATION OF GUST LOADING

In the structural design of civil aircraft the critical loads are often those encountered in a gust or atmospheric turbulence. The traditional ‘indicial’ solution is restricted to a simple plate. In this paper a finite element formulation is proposed for an aerofoil or arbitrary shape entering a uniform sharp-edged or sinusoidal gust. The thin rotational gust front and wake in an irrotational flow field are successfully modelled by a novel superposition technique. The finite element solutions are compared with the Kussner function and results by other numerical methods. The agreement is good.     

兼具基体蠕变和轻度界面蠕变的复合材料的本构特性

金属基复合材料的基体蠕变特性在一定的温度与应力下表现明显，当界面为非理想并具有粘弹性性质时，其对复合材料的整体蠕变亦有重要影响．本文利用具有非理想界面的复合材料的Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法，研究了既具有基体蠕变又具有界面轻度蠕变的复合材料的本构关系，给出了各微结构参量对复合材料整体蠕变特性的影响     

用压痕法研究玻璃的动疲劳强度

本文借助扫描电镜在对带压痕的钠钙硅玻璃试件的断面分析中，提出了理想的径向裂纹模型，分析了由压痕引起的表面接触残余应力裂纹长短对裂纹在开裂纹在开裂和亚监界扩展区的疲劳强度的影响，并设计了相应的强度实验进行了比较。     

DETERMINATION OF CREEP PARAMETERS FROM INDENTATION CREEP EXPERIMENTS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｒｅｅｐｉｓｔｈｅｔｉｍｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｗｈｉｃｈｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙａｓｔｒｏｎｇｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｒｅｅｐｒａｔｅｆｒｏｍｓｔｒｅｓｓσｏｎｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＴ .Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｒｅｅｐｒａｔｅ εｄｅｐｅｎｄｓｏｎｓｔｒｅｓｓσａｓ ε=Ｃｃ·σｎＣ, ( 1 )ｗｈｅｒｅＣｃｉｓａｃｏｎｓｔａｎｔ,ｎＣｉｓｔｈｅｃｒｅｅｐｓｔｒｅｓｓｅｘｐｏｎｅｎｔ.Ｔｈ…     

On computations of stress intensity factors for stiffened half planes with imperfections and cracks

In this paper we consider uniform extension problems for joined two half-planes with different thickness and material behavior and one of which contains an elliptical hole, the other contains a crack. Along the boundary of these half-planes there is a stiffening stringer. Computational formulas are given in power series form by complex variable—pertubation method. Results obtained here give extension to those of Handbook of stress intensity factors. Numerical results of special cases in this paper coincide with those of refs. [1], [3].     

镍基单晶合金蠕变变形过程的描述

基于强化相γ’的筏化－解筏和粗化的细观过程,本文推导了一组用于描述基单在合金蠕变变形过程的蠕变方程,并在９５０℃和７６０℃标定了国产ＤＤ３镍基单晶合金不同晶体取向的模型参数,与实验结果比较,所提模型可以准确地描述蠕变的主要阶段。