晶体塑性有限元在材料动态响应研究中的应用进展

作为连续尺度上描述各向异性非均质材料弹塑性变形的重要模拟工具,晶体塑性有限元能够有效预测材料的宏观力学性能,在工程设计方面起着重要的作用。在实际工程应用中,许多晶体材料在高应力、高变形率、高温等极端条件下服役,此时各向异性非均匀的微介观结构演化是理解材料动态响应的关键,这给晶体塑性有限元带来了巨大的机遇和挑战。首先简要综述了晶体塑性有限元的原理和方法,然后着重介绍其在材料动态响应中的应用,最后展望其在材料动态响应模拟方面的发展方向。     

<100> LiF高速冲击变形过程的晶体塑性有限元模拟

结合状态方程建立晶体塑性有限元模型,模拟高速冲击加载条件下100 LiF的动态弹塑性大变形行为,得到应力波剖面特征、动态力学演化规律及其连续介质力学根源。结果表明:毫米级样品经约15 GPa以内的低压冲击,波剖面具有弹塑性双波响应、弹性前驱衰减和应力松弛现象,其决定性因素包括样品厚度、外加压力和材料本构;从连续介质力学角度分析得到,应力松弛本质上是由于黏性塑性流动,导致总应变增速小于塑性应变增速,从而使弹性应变减小、压力降低;提出用压力关于时间的三阶导数大于零作为判断条件,对应力波剖面上双波和单波响应的临界压力进行估测,发现随着样品掺杂浓度的增加,临界压力增大;高速冲击变形的温升效应不可忽略,且温升绝大部分来自弹性体积变形的贡献。     

晶体塑性有限元方法研究辐照对多晶铜力学性能的影响

将辐照硬化理论与晶体塑性理论结合, 运用ABAQUS有限元分析软件模拟辐照后多晶铜的拉伸过程。分析辐照效应对材料屈服强度、硬化过程、晶体变形等力学性能的影响, 研究位错密度的演化及空间分布规律。数值模拟表明: 辐照效应提高多晶铜的屈服应力, 影响不同阶段的硬化和软化现象; 辐照剂量增大导致位错密度增殖总体变缓, 空间不均匀度增大; 晶体的塑性变形及晶体转动也受到辐照的影响, 在相同的应变条件下, 辐照剂量越大, 晶体塑性变形程度越小, 塑性变形分布不均匀度变大, 同时晶体转动程度及转动角离散度增大。     

高动态范围激光等离子体诊断系统及其在惯性约束聚变实验中的应用

基于高功率激光等离子体X射线辐射谱特性,设计和研制了一种大画幅高动态范围MCP选通型分幅相机. 单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5—5ns可调.与X射线CCD比较,系统在1.0—10keV的谱响应相对平整,无高能增强效应.利用高功率激光打靶实验进行了性能考核实验,结果表明,系统的信噪比明显好于X射线CCD系统,动态范围大于3×10³. 系统已经在神光Ⅱ装置ICF物理实验中获得成功应用. 关键词： 动态范围 谱响应 激光等离子体诊断 分幅相机     

Lagrange坐标系下二维气动方程组的RKDG有限元方法

构造Lagrange坐标系下二维可压缩气动方程组的RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法.将流体力学方程组和几何守恒律统-求解,所有计算都在固定的网格上进行,计算过程中不需要网格节点的速度信息.对几个数值算例进行数值模拟,得到较好的数值模拟结果.     

高分辨率间断有限元方法

间断有限元方法是集高分辨率有限差分方法和有限体积方法的优点发展起来的一种数值方法,在计算流体动力学问题上显示了优良的效能.利用守恒问题给出间断有限元方法的基本概念和过程,利用简单算例给出该方法的精度分析和限制器对精度的影响,并给出浅水波问题、交通流问题和波传播问题的数值模拟结果,进一步,综合评介该方法在椭圆、抛物、对流扩散、Hamilton-Jacobi方程、Navier-Stokes方程等的实际应用进展.     

一类各项异性半线性椭圆方程自然边界元与有限元耦合法

将冯康和余德浩提出的自然边界归化方法用于研究一类半线性椭圆方程外区域问题,提出一种自然边界元与有限元的耦合算法、针对某一类半线性椭圆方程,应用变分原理,研究其弱解性及Galerkin逼近,得到有限元解的误差估计及收敛阶O(h^n),最后给出相应数值例子。     

正常和嵌合肿瘤乳腺温度分布特征的有限元分析

基于乳腺解剖学结构和生理学特征,建立了适合应用于正常和嵌合肿瘤乳腺三维热传递的分析模型.该模型综合考虑了乳腺代谢产热、血液灌注和动静脉血管与乳腺组织之间的热交换等因素对温度场的影响.数值研究了正常和嵌合肿瘤乳腺的温度分布特征,着重分析代谢产热、血液灌注率、乳腺肿瘤的大小、位置与数目以及空气对流系数、环境温度等因素对乳腺温度分布的影响.结果表明:血液灌注率、代谢产热、乳腺肿瘤的大小、位置与数目对乳腺温度分布特征的影响明显;环境条件对嵌含肿瘤乳腺的体表温度分布影响较大.研究结果将有助于指导乳腺红外热图像的实验并为其定性分析提供重要的参考.     

一种二阶混合有限体元格式的GAMG预条件子

针对一种含跳系数椭圆问题的二阶混合有限体元格式,讨论求解相应离散系统PGMRES法的预条件子构造问题.通过严格的理论分析,建立分层基下该二阶混合有限体元刚度矩阵和二次有限元刚度矩阵的谱等价关系,并利用关于二次有限元刚度矩阵的一种基于分层思想的GAMG预条件子,为二阶混合有限体元刚度矩阵设计一种高效GAMG预条件子.数值结果验证理论分析的正确性和新预条件子的高效性与稳定性.     

微波元件与加速结构的有限元分析

研究了有限元方法在二维均匀结构和轴对称加速结构中的应用,采用了带宽优化技术和子空间求解特征值方法,并给出了部分例子,结果表明该方法精度高、速度快.这些方法可直接用于三维程序、并行计算.     

Multisymplectic Structure-Preserving in Simple Finite Element Method in High Dimensional Case

In this paper, we study a finite element scheme of some semi-linear elliptic boundary value problems inhigh-dimensional space. With uniform mesh, we find that, the numerical scheme derived from finite element method cankeep a preserved multisymplectic structure.     

动态高压微射流作用对膳食纤维结晶结构的影响

 利用N₂吸附法、X射线衍射、傅立叶红外光谱仪（FTIR）等手段,对动态高压微射流技术（Dynamic High Pressure Microfluidization,DHPM）处理前后膳食纤维的比表面积和结晶结构的变化进行表征,研究DHPM对膳食纤维结晶结构的影响。结果表明,经DHPM处理后,膳食纤维的比表面积显著高于未处理的原料膳食纤维（p<0.05）。在40~140 MPa压力区间,样品的比表面积随DHPM处理压力的升高而增加,处理压力为140  MPa时,达到最大值为2.887 5 m²/g。压力继续增大,微小颗粒间的重新聚集,使其对N₂的可及度减小,比表面积下降。X射线衍射结果显示,DHPM处理并没有使膳食纤维的晶型发生改变,为纤维素Ⅰ型。经DHPM处理后,样品表观结晶度显著减小,内部的有序度下降。处理压力越大样品的表观结晶度越小。FTIR光谱分析表明,DHPM处理会破坏膳食纤维内的部分氢键,处理压力越大,作用效果越明显。     

Multisymplectic Structure－Preserving in Simple Finite Element Method in High Dimensional Case

In this paper, we study a finite element scheme of some semi-linear elliptic boundary value problems in high-dhnensjonal space. With uniform mesh, we find that, the numerical scheme derived from finite element method can keep a preserved multisymplectic structure.