在冲击荷载作用下弹塑性薄板的非线性动力响应

本文把薄板内物理非线性和几何非线性的影响化为等效体力和等效荷载,提出应用影响函数概念来分析同时包含两类非线性的薄板问题,在分析中考虑塑性区向板厚方向发展的影响,并且应用塑性增量理论推导出有硬化情况下塑性应变坛量计算公式.在实例计算中,对不同数值的冲击荷载,求得弹塑性薄板非线性动力响应的数值介,结果具有良好的规律性.     

一种计算疲劳寿命的新方法——Neuber局部应力-应变分析法

引言传统的疲劳寿命计算方法是根据构件的名义应力历史和构件的S-N曲线计算寿命。这种方法需要做构件的S-N曲线,且不能考虑构件应力集中部位的真实应力-应变状况。1961年,Neuber提出一个在局部屈服之下计算缺口应力-应变响应的半经验公式,后来这个公式用到疲 ...     

岩土材料塑性应变增量方向的确定

通过与金属材料的类比,分析了岩土材料的特征面(SMP面)的特性,提出了SMP面上的应力 决定岩土材料塑性应变增量流动方向的观点,并由此推导出计算公式. 通过增加一个材料参 数,还可以考虑存在黏聚力时的情况. 由该公式计算的塑性应变增量方向得到了 试验结果的验证. 该公式也在用变换应力修正的剑桥模型中得到应用,模型预测结果能够合理反映试验数据.     

复合材料层合板的HOFFMAN塑性区尺寸因子

本文在Hoffman强度准则的基础上,采用复合材料层合板第K层中心穿透裂纹尖端附近的应力分量,得到一个计算复合材料层合板Hoffman塑性区尺寸因子的公式.     

硬化材料切口根部应力--应变集中与理论应力集中的关系

以含浅切口的硬化材料为对象，以平面应变条件下切口根部附近的应力-应变分布为出发点，利用应力平衡法，研究了Neuber准则及Moski-Glinka公式的有效性。发现无论是Neuber准则还是Moski-Glinka公式，都没能很好地反映切口根部的应力-应变集中与理论应力集中的关系。因此，本文作者综合Neuber准则及Moski-Glinka公式，提出了一个更能正确反映切口根部应力-应变集中与理论应力集中关系的表达式。     

圆盘状裂纹前缘塑性区尺寸及张开位移估计

将Ｄｕｇｄａｌｅ模型推广到三维裂纹问题计算了圆盘状裂纹前缘塑性区尺寸,并结合断裂力学中的Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ－Ｄｕｇｄａｌｅ裂纹模型和三维Ｊ－积分原理计算了圆盘状裂纹前缘张开位移,得到了Ｊ－积分与裂纹张开位移的关系,最后用非线性有限元方法对圆盘状裂纹的前缘塑性区尺寸作了数值分析,确定了公式中的未知常数,并对其正确性作了数值验证,本文的工作推广了Ｄｕｇｄａｌｅ模型的应用范围。     

Q235钢缺口试样拉压低循环疲劳的实验研究

以Q235钢制U型缺口板试样为研究对象,用有限元方法计算其缺口根部等效应变幅对应的试样标距段位移,以此控制试验机进行拉压循环疲劳试验。然后用局部应力应变法对试验测得的寿命结果进行分析。结果表明：无论用有限元还是修正Neuber公式计算缺口根部的应力应变,局部应力应变法的疲劳寿命评估只适用于缺口半径较大的试样;对缺口半径较小试样的估计寿命明显低于实测值,且有限元法比修正Neuber法更保守。进而又对试样缺口区域应变梯度的影响进行了探讨：参照有限元计算的应变梯度,利用Taylor模型估算了缺口根部的屈服应力和流动应力;在此基础上重新计算应变分布并估计试样的疲劳寿命,结果证实考虑应变梯度影响可改善缺口试样的疲劳寿命估计。     

轴向拉伸载荷作用下缺口圆棒的应力三轴度

应力三轴度是表达应力状态的参量,可作为变量表征材料的塑性和断裂损伤模型,在结构强度和失效分析中发挥重要作用.具有缺口的圆棒拉伸试验可用于标定塑性和损伤模型中的参数.然而,文献中却存在两个不同的公式计算拉伸载荷作用时缺口圆棒最小截面轴心处的三轴度,二者分别由国际著名学者Bridgman和Wierzbicki先后提出,其不同性往往造成应用时的困惑.本文通过精细化的有限元计算分析,意在澄清两个公式的有效性和适用性.结果表明,Bridgman公式仅弹性阶段和特定a/R范围内较为准确,Bao-Wierzbicki公式与数值模拟结果及实验数据吻合较好,可用于计算整个拉伸过程中三轴度的算术平均值.基于进一步的分析,本文提出了理想弹塑性条件下塑性阶段的应力三轴度新的修正公式,还讨论了缺口几何和应变强化效应：指出不同的缺口比例会影响到颈部应力场,缺口比例越小,弹性阶段的应力三轴度越接近1/3;而应变强化则会导致拉伸过程中应力三轴度的降低.     

均布荷载作用下一次超静定梁的弹塑性过程改进分析

对均布荷载作用下一次超静定梁的弹塑性加载和变形全过程进行了改进分析.根据受力变形特点,均布荷载作用下一次超静定梁的加载过程可分为4个阶段,分别是弹性阶段、固支端附近塑性变形区扩展阶段、固支端保持为塑性铰而固支端附近塑性变形区卸载阶段、固支端保持为塑性铰而梁中部塑性变形区产生并扩展直至中部某点形成塑性铰阶段.在弹性阶段,位移与外荷载是线性比例关系,在第2、第4两个阶段,位移与外荷载是复杂的非线性关系,而在第3阶段,位移与外荷载是线性关系但不是比例关系.针对现有研究中位移计算存在的错误,给出了产生塑性铰后的第3、4两个阶段全过程任意点的位移计算公式,给出了跨中位置点各阶段荷载终值对应的位移.给出的位移公式具有一定的结构设计应用价值.     

对估算金属切口强度的能量法与Neuber法的比较

估算金属切口的强度时,人们一般采用以Neuber准则为理论基础的Neuber法,或以Moski及Glinka的等效能量密度法为理论基础的能量法．本文以弹塑性幂硬化材料为研究对象,将两种方法得到的结果与实验结果进行了比较,发现Neuber法总是低估切口强度,而大多数情况下,能量法却高估切口强度,并且总的来说,能量法的精度高于Neuber法的精度;能量法的可靠性高于Neuber法的可靠性．     

脉动拉伸载荷作用下的塑性区研究——弹塑性有限元解

本文采用加权平均弹塑性矩阵增量变刚度法,集中讨论处于脉动拉伸载荷作用下不同材料的平面应力中心裂纹板的塑性区特性,比较了有限元结果和理论、经验结果,找到了影响塑性区的主要因素,建议了准确度较好的模型和公式,考虑了裂纹尖端元素细化和分布密度的影响。     

基于多元线性回归分析的土坡有限元失稳判据定量研究

塑性区连通程度是有限单元法判别土坡是否达到极限状态的重要依据,鉴于此判据目前尚未取得统一,本文着重对均质土坡失稳判据进行了定量研究。在主要考虑对土坡稳定性影响较大的三大参数(黏聚力c、内摩擦角φ、坡比λ)的前提下,通过经典条分法选取了多组处于极限平衡状态的土坡参数组合,对这些参数组合进行有限元程序计算,求得极限平衡状态下土坡剪切带等效塑性应变中值连通率,再采用多元线性统计回归方法,得出塑性区中值连通率与土坡参数的关系公式y=0.020702c+0.024417φ-0.67898λ+0.46799,从而为土坡有限元稳定性分析提供了定量失稳判据,并且使得有限单元法与经典条分法计算成果具有一定的可比性。算例分析表明,利用本文判据公式得到的安全系数与Bishop法计算成果相吻合,从而验证了失稳判据公式的正确性。     

三维疲劳弹塑性弯曲裂纹塑性区研究

主要研究疲劳载荷作用下的三维弹塑性弯曲裂纹尖端的塑性区问题.用数值解法计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端交变塑性区于裂纹直线部分延长线上的投影长度的最大值和变化幅值,作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端交变塑性区尺寸的最大值和变化幅值与三维裂纹体几何尺寸之间的关系.三维弹塑性弯曲裂纹尖端交变塑性区的最大值和变化幅值随着三维裂纹体厚度的增大而减小,随着三维裂纹体厚度的均匀增大,三维弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区的最大值和变化幅值不断减小,减小的幅度越来越小,最终趋于平面应变状态下的弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值.当三维裂纹体几何尺寸相同时,三维弯曲裂纹尖端塑性区的最大值和变化幅值随外载荷的不断增大而逐渐增大.建立了一个计算三维弹塑性弯曲裂纹交变塑性区的最大值和变化幅值的崭新理论模型.     

钢纤维超高强活性混凝土(RPC)遮弹板接触爆炸破坏作用

应用爆炸近区运动学关系式,考虑了径向裂缝阵面形成时的能量消耗,采用了不同的主应力函数,分析了爆炸近区的变形与破坏,提出了爆炸近区的动力学计算简图,研究了各区域发展的特点及变化关系,从而得到RPC混凝土接触爆炸压缩半径和破坏半径系数。将本文计算结果与实验结果和用经验公式得到的计算结果进行比较,验证了所提出的公式的实用性和可靠性。     

基于Hoek-Brown准则的破裂围岩应力分析

深部煤矿巷道在高围压的作用下,围岩普遍出现破裂,而且围岩破裂范围在扩大的同时,往往出现继续破坏的现象,并形成不同的分区.论文针对长的圆形巷道,将围岩分成破裂、塑性和弹性三个区域,采用Hoek-Brown准则,进行非关联弹塑性分析,获得了其应力和变形的封闭解析解,并说明该解析解是不唯一的.通过利用在弹塑交界处应力连续的条件、以及在破裂和塑性交界处径向应变连续的条件,获得了确定围岩破裂区和塑性区半径的解析算式.最后,通过算例并分析了破裂区和塑性区应力和应变的分布特点、以及破裂区范围的影响.利用所获得的结果,可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供理论依据.     

混凝土板在接触爆炸作用下的震塌和贯穿临界厚度计算方法

采用刚塑性模型描述介质的动力学行为，结合不可压缩条件和质量守恒条件及边界条件，构造塑性区的动力学许可速度场；利用极限平衡原理推导动力学许可速度场所对应的介质抗力的量纲一表达式；根据初始条件和边界条件，求解运动方程，分别得到爆炸震塌的临界厚度和爆炸贯穿的临界厚度，并推得能够反映爆炸源参数和材料参数综合性质的量纲一冲击因子。将推得的计算公式与经验公式对比分析，证明本文计算结果合理，推导的计算公式揭示了经验公式的物理本质，且具有较为广泛的适用范围。     

用等效弹簧——质量体系确定单自由度结构的自振频率

 基于虚功原理, 将不符合单自由度杆系结构自振频率计算公式的单自由度结 构, 转化为一个等效弹簧-质量体系, 从而可用该公式计算其自振频率, 扩大了公式的适用范 围. 由于用本文方法计算自振频率, 不必建立动平衡方程, 所以较为简便. 本文结果与按照 建立运动微分方程得到的结果完全相同.     

改进的Irwin模型及裂尖塑性区对断裂行为的影响

本文研究了小范围屈服条件下I型裂纹尖端塑性区对断裂行为的影响.Irwin模型假设塑性区外奇异应力场分布是弹性解的平移,并将塑性区的一部分加上原有裂纹视为等效裂纹.这样得到的等效应力强度因子总是大于相应的线弹性解的应力强度因子,这与塑性区的增韧作用相悖.为了考察塑性区对裂纹尖端附近应力分布的影响,本文提出在塑性影响区内,裂纹延长线上奇异应力分布与线弹性奇异应力场静力等效的原则.在此基础上建立了改进的Irwin模型,并导出了衡量塑性区屏蔽效应的显式表达式,定量地解释了塑性区的屏蔽效应,本文结果与基于相变增韧理论的方法得到的结果在趋势上一致.     

裂纹尖端疲劳塑性区研究

循环塑性区大小是疲劳断裂研究中非常重要的一个参数.本文运用数值方法,考察了不同塑性本构模型、有限单元尺寸、几何非线性、载荷比等参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小的影响.结果发现除塑性本构模型外其他参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小影响不大.同时对Ⅰ、Ⅱ型混合裂纹在多轴非比例载荷下给出了由Jiang和Kurath定义的疲劳塑性区...     

缺口根部塑性区和拉应力场对循环压缩疲劳裂纹止裂长度的影响

本文采用激光显微像面全息和散斑照像分离技术检测了双缺口试件在不同压缩应力条件下缺口根部塑性区的形状及大小,并采用有限元分析法计算了相同应力下的塑性区和裂端应力场.结果表明:用显微像面全息法测量塑性区的大小及形状简单易行,且有比较满意的工程精度. 对在不同压缩循环加载条件下测得的瘦劳裂纹止裂长度与所测压缩塑性区相比较表明:疲劳裂纹止裂长度和塑性区大小之间不存在简单的对应关系.止裂长度主要由缺口根部在循环压缩卸载过程中所产生的拉伸应力区控制.