半晶态聚合物拉伸变形的微观机理

应用大规模分子动力学方法,采用粗粒化聚乙烯醇模型,模拟了晶区与非晶区随机交杂的半晶态聚合物模型系统,研究了半晶态聚合物在单轴拉伸变形过程中的应力-应变行为和微观结构演变.应力-应变曲线表现出4个典型变形阶段:弹性变形、屈服、应变软化和应变强化.在拉伸变形过程中,主要存在晶区折叠链之间的滑移、晶区破坏、非晶区的解缠结,以及分子链沿拉伸方向重新取向等4种主要的微结构演变形式.在屈服点附近,晶区分子链之间排列紧密程度减小而发生滑移,之后晶区变化需要的应力变小,从而形成应变软化现象.随着应变的增大,经各分子链段协同作用使非晶区分子链的解缠结和重新取向行为扩展到相对宏观尺度,导致拉伸应力增大而形成应变强化现象.      

动态冲击下铝板中不同深度空洞演化的有限元分析

通过建立样品厚度为飞片厚度2倍的铝板撞击有限元模型,采用Johnson-Cook本构方程研究了纯铝材料中不同深度空洞的演化过程.研究结果表明:微空洞从杂质周围形核并呈近球形长大;由于靶板不同深度拉伸应力的峰值以及加载持续时间不同,空洞的长大速率与其在靶板的位置有关;由于冲击过程中没有形成三向拉应力,材料表面的空洞长大速度为零;靶板中间层位置首先出现拉伸应力,最先开始长大,靶板中间层位置的三向拉应力最大且作用时间较长,空洞长大速度最快;从靶板中间往两表面的方向,空洞依次开始长大,长大速度逐渐减小;模拟结果与实验观察结果相符,为研究动态冲击下空洞的演化提供参考.     

锥形杆轴向拉伸的材料力学解答

对于锥形杆受轴向均匀载荷拉伸的模型,本文基于横截面上轴向正应力均匀分布的假设,给出了其应力及截面变形的材料力学解答。结合ANSYS有限元分析结果及弹性力学精确解进行对比。发现锥角较小时,对于工程实际,材料力学解的误差可以接受。而锥角较大时,需要对轴向正应力公式作修正以使得材料力学解仍然适用。     

径向膨胀Al2O3陶瓷环动态拉伸破碎的实验研究

利用基于Hopkinson压杆技术设计的冲击膨胀环实验装置,开展了不同撞击速度下Al2O3陶瓷圆环的冲击拉伸和破碎实验研究.实验结果显示:随撞击速度增大,陶瓷环破碎产生的碎片数目增加,断口分析表明绝大多数的断口都是沿径向断裂,说明陶瓷环的破碎由膨胀环的径向拉伸应力产生;利用实测入射杆和透射杆的应力波形,获得陶瓷环发生破碎的时间和载荷信息,在一定的近似假定下,初步估算陶瓷环的表观动态拉伸强度介于160 Mpa和250 Mpa之间,比静态强度130 Mpa显著提高.     

双向荷载条件下八边形蜂窝结构因胞壁缺失所致应力集中分析

因胞壁缺失引起的应力集中现象是蜂窝结构在增材制造过程中亟待解决的问题,通过将胞壁缺失所致的缺陷等效成椭圆,基于复变函数方法得到了预测拉伸应力的解析公式和预测弯矩应力的分析方法,进而得到八边形蜂窝结构在双向荷载条件下缺失单行和多行胞壁产生的应力组合值。与数值模拟结果的对比分析验证了所提理论解析公式的有效性;同时得出距离缺陷最近胞壁上的拉伸应力解析解与数值解吻合良好,弯矩应力数值解与胞壁上的应力梯度呈明显的线性关系。与规则六边形蜂窝在多行缺陷条件下的应力集中程度进行对比,得出八边形蜂窝结构在荷载系数 和 时应力集中程度小于规则六边形蜂窝结构,从而为蜂窝结构增材制造设计提供理论指导。     

单轴拉伸下液晶高弹体力学行为的热力序耦合特性

本文利用液晶高弹体的应力－应变本构方程和力－序耦合方程,研究了沿指向矢单轴拉伸下液晶高弹体力学行为的热力序耦合特性。由于力－序耦合,有序度在拉伸作用下变大,从而影响了液晶高弹体的应力－应变关系,使得应力在相同伸长下变小。不同温度下应力受到有序度变化影响的程度不同.由于有序度随温度升高而减小,当工程应力不变时,伸长随着温度升高而减小;当伸长不变时,应力随着温度升高而增大;伸长随温度的变化关系和应力随温度的变化关系都呈非线性。     

混凝土一维应力层裂实验的全场DIC分析

基于74 mm直径分离式Hopkinson杆(SHPB)实验平台进行了混凝土杆的一维应力层裂实验.采用超高速相机(采样频率:2μs/frame)结合数字图像相关法(DIC),记录混凝土试件中的动态位移场实时变化情况,探讨了混凝土在拉伸断裂过程中的表面位移场及速度场演化规律.针对实验中出现的多重层裂现象,基于一维应力波传播理论,指出各个位置在发生层裂时,其最大拉应力均由透射压缩波与反射拉伸波叠加而成,各处层裂发生时均处于一维应力状态.并提出了根据层裂位置左右两点速度趋势变化判断层裂发生时刻的判据.该判据可以给出所有层裂的起裂时间,结合DIC分析直接给出了混凝土多重层裂应变.结果显示混凝土的拉伸强度具有明显的应变率效应,在30 s~(-1)的应变率下,其拉伸强度的动态增强因子(DIF)可以达到5.与传统的波叠加法和自由面速度回跳法相比,DIC全场分析法不受加载波形限制,可以精确给出每个层裂的位置和起裂时间,从而得到试件在高应变率加载下不同位置处的断裂应变、拉伸强度及相应应变率,提高了测量效率.     

混凝土一维应力层裂实验的全场DIC分析

基于74mm直径分离式Hopkinson杆(SHPB)实验平台进行了混凝土杆的一维应力层裂实验.采用超高速相机(采样频率:2 $\mu$s/frame)结合数字图像相关法(DIC),记录混凝土试件中的动态位移场实时变化情况,探讨了混凝土在拉伸断裂过程中的表面位移场及速度场演化规律.针对实验中出现的多重层裂现象,基于一维应力波传播理论,指出各个位置在发生层裂时,其最大拉应力均由透射压缩波与反射拉伸波叠加而成,各处层裂发生时均处于一维应力状态.并提出了根据层裂位置左右两点速度趋势变化判断层裂发生时刻的判据.该判据可以给出所有层裂的起裂时间,结合DIC分析直接给出了混凝土多重层裂应变.结果显示混凝土的拉伸强度具有明显的应变率效应,在30 s$^{-1}$的应变率下,其拉伸强度的动态增强因子(DIF)可以达到5.与传统的波叠加法和自由面速度回跳法相比,DIC全场分析法不受加载波形限制,可以精确给出每个层裂的位置和起裂时间,从而得到试件在高应变率加载下不同位置处的断裂应变、拉伸强度及相应应变率,提高了测量效率.      

两个弹—粘塑性问题的解析解

本文求得单向拉伸和平面应变轴对称问题的解析解，并说明，不同应变率下的应力响应相差不是一常数；该文的方法还能用于求解其它弹－粘塑性问题。     

对“断裂力学中Westergaard应力函数小议”的意见

文[1]认为:“无穷远”边界条件的存在,Weste-rgaard 应力函数解出现了不确定性.并在应力函数中引进了任意常数m,求得了应力强度因子的不定解.本文要否定文[1]的观点.文[1]考察了双向均匀拉伸下的Griffith 裂纹(图1),取Westergaard 应力函数为     

Inertial effects of hypoelastic cylindrical bar of grade zero under simple extension of constant velocity

In this paper an analytical solution for finite deformation at the simple extension of a hypoelastic cylindrical bar of grade zero under constant velocity is obtained. It is found that the difference between stress-strain curves at different tensile velocities is only due to the inertial terms in the solution. The axial stress due to inertia increases with the square of ratio of tensile velocities.     

三类锚杆受拉作用解析解的统一表达式

利用点荷载作用于半无限空间的Mindlin位移解,根据位移协调条件得出内锚式锚杆受拉作用的解析解,然后推导出全长粘结锚杆、压力型锚杆的解析解,建立了这3类锚杆受拉作用解析解的统一表达式.利用所求得的解析解,研究了锚杆类型、土体弹性模量、锚杆孔径对锚杆应力分布的影响.结果表明:(1)3类锚杆的剪应力都是单峰值的曲线;(2)土体弹性模量增大,则锚杆剪应力峰值增大,但分布范围减小;(3)锚杆孔径增大,则锚杆剪应力峰值减小,但对其分布范围几乎没有影响.     

湍流边界层中固体颗粒运动的数值模拟

根据Ｌａｇｒａｎｇｅ颗粒运动微分方程及不可压缩湍流边界层中流体的壁面速度分布规律，数值求解了颗粒在湍流边界层中的运动，考虑了Ｓａｆｆｍａｎ升为对颗粒运动的影响，壁面对运动阻力的影响，给出了固体颗粒沉积边壁，在边界层外缘上所需的最小速度和最小入射角，计算结果还表明边界层对固体颗粒撞击边壁的速度和入射角有较大影响，从数值结果可可以发现一个重要现象。     

Limit angular velocities of variable thickness rotating disks

Elastic and plastic limit angular velocities are calculated for rotating disks of variable thickness in power function form. Analytical solution is obtained and used to calculate elastic limit angular velocities of variable thickness rotating annular disks and annular disks with rigid inclusion. An efficient numerical solution procedure is designed and used to obtain the elastic limit angular velocities of variable thickness rotating solid disks. Von Mises yield criterion and its flow rule is used to estimate plastic limit angular velocities. Both linear and nonlinear hardening material behaviors are treated numerically. The results are verified by comparing with those of uniform thickness rotating solid disks available in the literature. Elastic and plastic limit angular velocities are found to increase with the reduction of the disk thickness at the edge as well as the reduction in the disk mass due to the shape of the profile.     

TENSILE STRENGTH FOR SPLITTING FAILURE OF BRITTLE PARTICLES WITH CONSIDERATION OF POISSON''''S RATIO

1. Introduction The core mechanism of comminution could be reduced to the breakage of individual particles that occurs through contact with other particles or with the grinding media, or with the solid walls of the mill (Potapov & Campbell, 1994). When a particle is subjected to a load, the nature of the stress field around and within the brittle particle, its material properties, and the size and distribution of micro-flaws within the particle govern the size and shape distribution of the fra…     

STEADY-STATE RESPONSE OF A TIMOSHENKO BEAM ON AN ELASTIC HALF-SPACE UNDER A MOVING LOAD

By introducing the equivalent stiffness of an elastic half-space interacting with a Timoshenko beam, the displacement solution of the beam resting on an elastic half-space subjected to a moving load is presented. Based on the relative relation of wave velocities of the half-space and the beam, four cases with the combination of different parameters of the half-space and the beam, the system of soft beam and hard half-space, the system of sub-soft beam and hard half-space, the system of sub-hard beam and soft half-space, and the system of hard beam and soft half-space are considered. The critical velocities of the moving load are studied using dispersion curves. It is found that critical velocities of the moving load on the Timoshenko beam depend on the relative relation of wave velocities of the half-space and the beam. The Rayleigh wave velocity in the half-space is always a critical velocity and the response of the system will be infinite when the load velocity reaches it. For the system of soft beam and hard half-space, wave velocities of the beam are also critical velocities. Besides the shear wave velocity of the beam, there is an additional minimum critical velocity for the system of sub-soft beam and hard half-space. While for systems of (sub-) hard beams and soft half-space, wave velocities of the beam are no longer critical ones. Comparison with the Euler-Bernoulli beam shows that the critical velocities and response of the two types of beams are much different for the system of (sub-) soft beam and hard half-space but are similar to each other for the system of (sub-) hard beam and soft half space. The largest displacement of the beam is almost at the location of the load and the displacement along the beam is almost symmetrical if the load velocity is smaller than the minimum critical velocity (the shear wave velocity of the beam for the system of soft beam and hard half-space). The largest displacement of the beam shifts behind the load and the asymmetry of the displacement along the beam increases with the increase of the load velocity due to the damping and wave radiation. The displacement of the beam at the front of the load is very small if the load velocity is larger than the largest wave velocity of the beam and the half space. The results of the present study provide attractive theoretical and practical references for the analysis of ground vibration induced by the high-speed train.     

PMMA膨胀环动态拉伸碎裂实验研究

在强动载作用下, 脆性材料的碎裂问题是一个重要的研究课题, 而脆性材料在冲击拉伸载荷下的力学行为的实验研究相对较匮乏. 提出了一种动态拉伸断(碎)裂的液压膨胀环实验技术, 可用于准脆性/脆性材料的动态拉伸. 利用该技术对有机玻璃(PMMA)圆环试件进行了不同膨胀速度下的动态碎裂实验研究. 从回收碎片的断口形貌和碎片内部残余裂纹观察可知试件的破碎由环向拉伸应力造成, 碎片断口处发出的稀疏波会将周围的拉伸应力卸载, 从而抑制其他裂纹的进一步发展. 利用超高速相机记录了试件的膨胀碎裂过程, 利用DISAR激光速度干涉仪获得了试件外表面粒子的径向膨胀速度历史, 通过试件上的应变片获得了试件的应变历史和断裂应变. 实验结果表明: 在拉伸应变率150\mathrm{~}500s^{-1}范围, 材料的动态断裂应变低于准静态加载下的断裂应变, 体现出“动脆”现象; 随着加载应变率的提高, PMMA 材料的碎片尺寸减小; 无量纲化的PMMA圆环的平均碎片尺寸介于韧性碎裂模型和脆性碎裂模型的预测数值之间, 反映出材料的准脆性特性.      

炸药参数对高锰钢爆炸硬化性能的影响

为了研究炸药参数对高锰钢爆炸硬化效果的影响,对两种不同密度的炸药进行爆速测试,并利用该炸药分别对高锰钢试样进行爆炸硬化实验,测试了从硬化表面向材料内部的硬度、抗拉强度和冲击韧性随深度的变化。测试结果表明:高锰钢试样在相同深度下,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的硬度大于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的硬度,而冲击韧性小于密度1.48 g/cm3炸药作用后的冲击韧性;从爆炸硬化表面向下15 mm内,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的抗拉强度大于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的抗拉强度,但深度大于15 mm时,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的抗拉强度小于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的抗拉强度。从硬化后试件的硬度、抗拉强度以及冲击韧性这3方面考虑,使用单次爆炸冲量较小的炸药进行多次爆炸硬化效果较好。     

用蒙特卡罗方法模拟单向复合材料的拉伸断裂过程

通过采用改进的剪滞模型，假定界面不发生破坏，求得不同基体纤维刚度比μ（μ＝ＥｍＶｍ／ＥｆＶｆ）不同基体韧性情况下断裂纤维附近的应力集中系数，然后通过蒙特卡罗方法模拟单向复合材料的拉伸断裂过程，比较若干情况下复合材料的拉伸强度，找出提高复合材料拉伸强度的方法。     

Casson Fluid Flow Due to Non-Coaxial Rotation of a Porous Disk and the Fluid at Infinity Through a Porous Medium

The flow of the Casson fluid due to non-coaxial rotation of a disk and the fluid at infinity is investigated. Partial differential equations are made dimensionless and coupled. The exact solution of the resultant nonlinear initial-boundary-value problem is solved by applying the Laplace transform. The shear stresses at the disk surface and the steady state stresses are computed. The effects of dimensionless parameters on the dimensionless primary and secondary velocities are analyzed.