马氏体相变过程中形核、失稳及多界面微结构的动力学模拟

材料发生相变的过程中会出现失稳、滞后回线及多界面的微结构等复杂现象，而稳定性的丧失使其动力学方程的求解十分困难。对于形状记忆合金中的马氏体相变，相变过程中材料的等效杨氏模量变为负值，使得传统的动力学方程成为病态的，无法直接求解，必须要进行正则化。而相变的滞后回线与微结构的出现也说明经典的弹性理论不再适用，必须要引入新的能量项以能刻画这些现象。本文在非线性弹性理论的框架下，引入应变梯度界面能和位移非均匀能，利用变分原理建立了材料相变的一维动力学模型。高阶项的引入极大地改善了方程的性质，使数值求解成为可能。计算结果表明，该模型确能较有效地描述相变时的失稳与微结构。     

马氏体相变微结构演化过程的模拟与分析

实验中观察到形状记忆合金在应力诱发马氏体相变过程中,出现多界面的微结构,马氏体相会逐渐长大变粗,同时会出现由马氏体形核造成的应力突然降低.用多阱的弹性能函数来刻画此相变与微结构演化过程,发现相变时会出现多界面的微结构且伴随着马氏体相的形核至奥氏体相的消失过程,出现了界面数先增后减的变化,同时应力会出现跳跃而不连续.相对应的动力学模型的有限差分的计算结果同样显示形核时出现了多界面的微结构并伴随着应力的大幅振荡,随着载荷的增加界面位置随之移动,使得马氏体相区域逐渐长大.理论分析与数值模拟的结果较好地刻画了实验中观察到的马氏体相变过程中的形核,产生多界面,再到马氏体逐渐长大这一微结构的演化过程.     

热弹性马氏体相变连续介质热力学研究

介绍形状记忆合金热弹性马氏体相变连续介质热力学研究方法和最新进展, 着重分析了在推广的非线性弹性力学的框架下, 应用变分方法研究热弹性马氏体相变的理论和方法、存在的问题及发展趋势. 首先介绍如何计算马氏体相变24种变体的变形梯度, 然后拓展非线性弹性力学, 引入描述相变的多阱非凸弹性势能, 进而讨论了界面能和非局部能对相变微结构和相变过程的影响的相关研究理论方法和进展.      

在材料研制中的连续介质细观力学有限元建模现状评论（译文）

评述了机械载荷下材料力学行为有限元模拟的先进技术.分析 了考虑材料微观及细观结构情况下，对材料变形、损伤、断裂进行模 拟时各种方法的优缺点及发展前景.阐述了对材料行为模拟方法的发 展，包括基本的及先进的方法，如体胞方法、真实结构模拟、粘结区 模型等.分析了在先进新材料的开发中运用有限元方法的可能性     

龙滩水电站航道座滑边坡平面有限元模拟研究

基于弹塑性有限元（FEM）模型和Mohr-Cou lomb屈服准则,采用平面有限元法对龙滩水电站航道1+016¹+080开挖边坡座滑前的稳定状况进行了数值模拟研究。对座滑前边坡的应力场、位移场及塑性屈服区的模拟结果表明,边坡在座滑前存在明显的塑性区,处于临界稳定状态;开挖过程中边坡存在连续变形,特别是开挖下部时变形会突然增大;座滑前边坡塑性区支护体系已达到承载极限,边坡具备了座滑的条件。     

细观尺度下塑料粘结炸药热点生成的初步模拟

采用有限元与离散元相结合的方法模拟了塑料粘结炸药在冲击载荷下热点生成的细观过程,计算中炸药晶体采用有限元法,粘结剂采用离散元法。结果表明热点多集中在晶体间变形较大的粘结剂部分,粘结剂与晶体间冲击波的相互作用是热点生成的重要原因;HMX晶体温度明显低于粘结剂,且晶体边界温度高于内部温度。     

CuAlNi单晶应力诱发马氏体相变与微结构演化的实验观察与分析

基于CuAlNi形状记忆合金单晶的一维准静态拉伸实验,着重研究相变过程中条带状马氏体的微观结构.通过金相显微镜对整个试样表面进行拍照,并利用图像处理技术和均匀化的方法,提取到了不同载荷下马氏体的含量(相分量)和条带的数量(界面数)在试样各处的分布与变化情况,找到了加载和卸载过程中相变微结构的演化规律,从而实现了对条带状马氏体相变微结构的量化处理.     

有限元计算细观力学对复合材料力学行为的数值分析

有限元计算细观力学的发展是近十年来细观计算力学发展的主要特征和推动力．本文综述了有限元计算细观力学近十年来应用于复合材料力学行为分析研究方面的进展．介绍了基本的数值模型和计算方法,重点评述了强度和损伤等协同效应问题上的最新研究成果．最后对有限元计算细观力学应用于材料设计的前景做了展望      

形状记忆合金单晶细观本构关系的一种相变动力学模型及算法

形状记忆合金是由马氏体相和奥氏体相组成的非均质材料,热力载荷及相变不可避免地在材料中引起残余微应力场,它与外界驱动力的叠加可能导致低应力水平下发生马氏体相变或逆相变.论文假设马氏体相变及逆相变的驱动力是马氏体体积分数的连续函数,发展了形状记忆合金伪弹性的本构描述及相应的数值分析方法.分析表明,所发展的方法与理想相变模型间的误差远小于已有工作中引入的容许误差.对形状记忆合金单晶伪弹性响应的计算结果与试验结果或已有模型计算结果的比较表明所发展的方法具有较高的精度.此外,所发展的方法具有明晰的物理背景,且无需对每个变体的相变发生与否及其方向进行判断,简化了计算过程,提高了计算效率和收敛性.     

基于扩展有限元法的混凝土细观断裂破坏过程模拟

扩展有限元法（XFEM）是分析不连续力学问题（特别是断裂问题）的一种有效的数值方法。在常规的有限元位移模式中,基于单位分解的思想加入一个跳跃函数和渐进缝尖位移场来对不连续体附近的节点自由度进行局部加强,从而反映了位移的不连续性。介绍了扩展有限元的基本原理,给出了扩展有限元进行混凝土开裂及裂纹扩展的分析方法,最后采用扩展有限元法模拟了湿筛混凝土单轴拉伸作用下及WinklerL-型混凝土板的细观断裂破坏过程。分析了混凝土裂纹萌生、扩展的过程及破坏形态,数值结果与实验结果吻合良好。研究表明：扩展有限元法通过特定的位移模式,使裂纹两侧不连续位移场的表达独立于网格划分,能有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程。     

缆索吊装系统有限元分析中的滑轮单元

为精确模拟结构中的滑轮,建立了滑轮支承一段索的单元,它考虑了滑轮的半径. 该``滑轮单元'的中间节点在滑轮的中心,另两个节点为索段位于滑轮两侧的端点. 新单元通过自动调整索在滑轮两侧的长度,使单元达到平衡状态. 单元算法的推导基于有限元分析的基本原理,并利用了处于平衡状态时单元内力之间的关系. 介绍新单元的推导过程,算例验证了它的正确性,并显示了其在含有滑轮索结构有限元分析中的高效性和方便性.     

形状记忆合金管接头空间轴对称有限元分析

本文采用形状记忆合金（ＳＭＡ）的三维本构方程和有限变形理论，考虑拉、压不同应力状态对相变点移动的规律，编制了ＳＭＡ轴对称大变形的有限元程序，与单向拉伸下解析所得的应力、应变曲线相比，证实程序的正确性．文末计算一ＳＭＡ管接头，并指出按空间轴对称计算的必要性．     

有限元方法在爆炸动力学中的应用

从动量和能量守恒方程出发，结合爆炸动力学的特点，建立适于模拟爆炸动力学过程的有限元方法，并对两个问题进行了模拟计算。计算结果与实验结果符合表明，通过选择合适的物质模型，有限元方法对爆炸动力学问题的模拟是可行的。     

高速弹丸撞击地质材料的有限元计算

给出高速弹丸撞击地质材料的有限元分析。利用ＦＥＣＰ２动力有限元程序计算了模拟回收弹体撞击水泥及花岗岩两种地质材料的动力响应，同时给出了弹、靶初始变形过程的图形。     

玉米秆粉粒体塑性压缩成型过程的有限元分析

保护环境,节约资源是人类的共识,本以我国丰富的农作物副产物-玉米秸秆为原料,采用弹塑性增量有限元法对玉米秆粉粒体的成型过程进行了研究,有限元计算结果与实验结果比较一致,此研究为玉米秸秆等农林副产物转化为高附加值产品提供了理论依据。     

压电智能结构有限变形下热-机耦合的有限元分析

采用有限元方法研究了结构在热载荷作用下变形与热传导之间的耦合特性.分析表明,结构变形较小,非线性效应很弱时,变形对材料的热传导系数影响很小,对结构的温度分布几乎没有影响;当变形增大,非线性效应增强时,变形对材料的热传导特性影响显著,热载荷作用下结构的温度变化和变形与现行不考虑热-机耦合效应所得结果产生明显差异.因此,为实现压电智能结构形状(振动)的精确控制,分析及实施控制时须考虑热-机耦合及变形对热传导系数的影响.     

有限元分析中的最优离散化

系统的最优离散化具有很大的实用价值和理论意义。采用这种方法可以用最少的自由度得到最精确的数值解。本文给出了两种有代表性的方法,并收集了一些应用实例,其中包括笔者和刘永成、朱建中在Zienkiewicz指导下所作的一些工作。这种方法作为一种重分析方法不仅可用于线性问题,而且也可以用于具有表面非线性的弹性接触问题。      

层合板的非线性有限单元分析

对层合板引入小应变中转动几何非线性假设，位移模式考虑了横向剪切应力及其连续性，有采用罚单元的方式构造了简单，协调的八节点等参单元，并应用于层合板的应力分析，取得了很好的数值结果。     

机器人柔性手臂的动力学有限元分析

本文将弹性动力学虚功原理推广到机器人柔性动力学,建立了计及关节弹性和关节阻尼的柔性手臂有限元动力学模型,模型中包括了非线性刚体运动和弹性变形间的耦合。文中还导出了手臂参考坐标系间的运动学递推关系。本文方法推演简单、计算效率高,能够用于具有任意复杂部件的柔性机器人动力学分析。