拉压异性材料含受压圆孔大平板的极限分析

探讨了广义双剪应力强度理论在平面应力状态下的屈服轨迹及其方程式,并用于拉压异性材料圆孔受内压的极限分析,得到了与拉压比有关的弹性极限内压力,弹塑性区的应力、塑性内压力与弹塑性分界半径之间的关系、塑性区的最大半径和最大内压力,所得极值均高于用莫尔强度理论分析的结果。     

GM准则解析受线性荷载简支圆板的极限载荷

用GM(几何中线)屈服准则,对受线性荷载作用下的简支圆板进行塑性极限分析,求得极限载荷的解析解.该解为圆板半径a、切向应力最大点半径r0以及极限弯矩的函数.与Tresca、Mises和TSS(双剪应力)屈服准则预测的极限载荷比较表明,Tresca屈服准则预测极限载荷的下限,TSS屈服准则预测极限载荷的上限,GM准则预测的极限载荷恰居二者中间,并靠近Mises解.圆板半径a与切向应力最大点半径r0的变化关系为r0随着a的增加而增加,满足线性关系,r0分别出现在r0=0.7710a和r0=0.5472a的位置上.     

非均质内压圆筒的弹塑性与极限状态解

本文给出了用解析法求得非均质(具有环向增强材料层的)圆筒在内压作用下(图1),处于弹塑性、极限状态时解的方法。为此,把弹性模量和屈服极限均表示为圆筒半径r的函数,将它们沿半径方向的变化规律用Fermi-Drac广义函数序列来表征。这一计算模式,不仅能够描述增强材料对于圆筒刚度的增强及其对于抗屈服能力的提高作用;而且还可以描述增强材料和基材间的弹性模量、屈服极限的连续变化规律。特别是对于不可压缩固体的这种非均质解,此方法就显得更为简便些。     

圆柱壳平封头组合结构受均匀内压的塑性分析

本文全面地分析了圆柱壳平封头组合结构充内压的各种屈服机构;对于所有给定壳长、壳厚、半径及封头厚的组合结构,均找到了完全解.本文的分析建立在经典薄壳理论以及双矩弱作用屈服条件的基础上.     

理想塑性壳的近似屈服条件

理想塑性薄壳的精确屈服条件是以六个广义内力n_x,n_y,n_(xy),m_x,m_y,m_(xy)来表达的,它们十分复杂,不便应用.本文按壳体材料在平面应力状态的屈服准则,f(σ_x,σ_y,σ(xy))=σ_s下引入膜力强度n=f(n_x,n_y,n_(xy))和力矩强度m=f(m_x,m_y,m(xy))这两个参数,导出了弱作用近似屈服面φ(n,m)=1;给出了精确屈服面的最优内接屈服面为n~2+m=1,外接屈服面之一为max{n,m}=1. 文中建议利用独立作用屈服面max{n/n_o,m/m_o)=1来计算壳体的承载能力;再取n_o~2+m_o=1,就能给出相当好的下限,取n_o=m_o=1,则能给出一个上限;最后并以同时受拉伸和弯曲的简支环板为例,说明了这个屈服面的应用是十分简单的;以均布载荷作用下周界不可移椭圆抛物面扁壳为例,简单讨论了独立作用屈服面在求解非轴对称扁壳问题中的应用.     

风沙环境下钢结构涂层的冲蚀磨损力学性能研究

针对钢结构涂层耐久性受风沙侵蚀和劣化问题,在研究风沙环境特征和钢结构涂层力学性能的基础上,利用接触理论和LS-DYNA有限元分析程序分析了涂层受冲蚀时的最大接触动力、最大接触半径、最大接触应力,并分析了应力场分布规律和屈服极限风沙流速度。分析结果表明：最大接触动力、最大接触半径、最大法向动应力随冲蚀速度和角度的增加而增大,当冲蚀速度、角度分别为35m/s、90°时,其达到最大值4.09×10-2N、4.24×10-5m、1.08×107Pa;最大切向动应力随冲蚀角度的增加而减小,当冲蚀速度为35m/s 时,冲蚀角度为5°和90°时对应的应力分别为9.36×107Pa 和0;得到了涂层表面和内部应力场,在对称轴0.56z a=处,剪应力最大值0.277 pτ=1max 0,剪应力最大值点即是材料接触流动的起始点,因此可预计塑性流动将在涂层表面下方开始发生;当垂直冲蚀时涂层材料不屈服的极限射流速度为18m/s。     

以薄膜理论为基础的锥壳极限分析

本文研究了锥壳在受均布内压作用时极限分析的一个途径.以薄膜理论的极限载荷为基础,考虑了锥壳的实际支承条件而进行了弯曲效应的修正.同时,利用薄壳的特征值作为小参数,得到了非常简单的理论近似公式 其中σ_T为材料屈服极限,h为壳厚,α为底周半径,r为半锥角;α=1.45或1.65,分别相当于底周支承情况为不可移简支或为嵌固的情况.同实验资料进行比较,理论结果同实验数据符合情况良好.     

不同拉压特性的双层厚壁圆筒极限承载力解答

采用统一强度理论并考虑材料拉伸与压缩弹性模量的差异性,建立均匀内压作用下双层厚壁圆筒的应力表达式,获得了其内压相应的弹性极限解答、塑性极限解答,并分析拉压强度比、拉压模量系数、统一强度理论参数、半径比及分层半径对弹性、塑性极限内压的影响规律．研究结果表明：弹性、塑性极限内压随拉压强度比的增加而减小,但随统一强度理论参数、半径比的增加而增大;弹性极限内压随分层半径的增加呈现先增大后减小变化,随拉压模量系数的增加而一直减小;塑性极限内压与拉压模量系数、分层半径无关．应用于实际工程时,可根据所得结果选择合理的壁厚及分层半径,再根据材料特性确定其他参数,以便更加准确地计算结构的受力状况．     

航空用芳纶纸蜂窝各向异性行为研究

采用Arcan加载装置对航空用芳纶纸蜂窝试件进行一系列面外压剪复合加载实验,以此研究材料各向异性行为。实验结果表明:随着面内方向角增加,芳纶纸蜂窝面内等效剪切模量、等效剪切强度显著减小,实验屈服面显著扩张,材料表现出明显的各向异性。基于实验结果,确定了测试蜂窝面内等效剪切模量、等效剪切强度上下限值及其比值关系,并与理论值进行比较。一个适用于各向异性材料的屈服准则与实验屈服面进行比较,比较结果表明:屈服准则能大致描述蜂窝各向异性屈服行为。     

转换矩阵在非线性材料杆系分析中的应用

证明了在杆系中,力的转换矩阵与位移的转换矩阵互为转置矩阵,当静不定非线性杆系静力平衡方程确定,而变形协调条件难以确定时,利用转置矩阵可以方便求得静不定非线性杆系的内力及有关节点位移.非线性材料杆系应力-应变关系 σ=Bε1/n中的幂n=2时,非线性材料静不定桁架有可能存在两个解;而采用常规方法求解静不定非线性杆系内力时...     

用光塑性方法确定工程构件的疲劳裂纹扩展荷载门槛值

提出疲劳裂纹尖端塑性核半径门榄值Ｒｔｈ的概念及计算方法,Ｒｔｈ是材料性质,在满足光塑性相似关系要求及模型与原型几何形状尺寸相同的前提下,模型与原型间的相似系数ｎ为两种材料屈服极限之比。     

准脆性材料的弹塑性各向异性损伤耦合本构模型研究

针对准脆性材料的非线性特征：强度软化和刚度退化、单边效应、侧限强化和拉压软化、不可恢复变形、剪胀及非弹性体胀,在热动力学框架内,建立了准脆性材料的弹塑性与各向异性损伤耦合的本构关系。对准脆性材料的变形机理和损伤诱发的各向异性进行了诠释,并给出了损伤构形和有效构形中各物理量之间的关系。在有效应力空间内,建立了塑性屈服准则、拉压不同的塑性随动强化法则和各向同性强化法则。在损伤构形中,采用应变能释放率,建立了拉压损伤准则、拉压不同的损伤随动强化法则和各向同性强化法则。基于塑性屈服准则和损伤准则,构建了塑性势泛函和损伤势泛函,并由正交性法则,给出了塑性和损伤强化效应内变量的演化规律,同时,联立塑性屈服面和损伤加载面,给出了塑性流动和损伤演化内变量的演化法则。将损伤力学和塑性力学结合起来,建立了应变驱动的应力-应变增量本构关系,给出了本构数值积分的要点。以单轴加载-卸载往复试验识别和校准了本构材料常数,并对单轴单调试验、单轴加载-卸载往复试验、二轴受压、二轴拉压试验和三轴受压试验进行了预测,并与试验结果作了比较,结果表明,所建本构模型对准脆性材料的非线性材料性能有良好的预测能力。     

J积分方法预测缺口疲劳裂纹形成的研究

对承受循环载荷的缺口试样,其缺口顶端形变功密度依赖于循环J积分和缺口半径ρ之比,即:△J=α_cρ△W_0依据缺口疲劳裂纹形成过程及光滑试样应变疲劳的形变功密度与疲劳寿命的关系N_f(△W)~r=C,导出并由实验证实了缺口疲劳裂纹形成寿命的预测公式:N_i(△J/α_cρ)~β=C_n。根据这一关系式,可以较准确地预测大范围屈服及全面屈服条件下缺口疲劳裂纹形成寿命。     

MY准则解析复合型裂尖塑性区

首次以MY(平均屈服)准则对I-II复合型裂纹在小范围屈服下的裂尖塑性区进行了分析,分别获得了平面应力和平面应变状态下塑性区尺寸的解析解。这两解表明,塑性区尺寸是材料屈服强度、应力强度因子、极角θ的函数。与Tresca准则、TSS屈服准则获得的解以及Mises解比较表明:Tresca准则预测塑性区上限,TSS屈服准则预测塑性区下限,MY准则预测的塑性区居于Tresca与TSS塑性区之间,逼近Mises解。另外,文中讨论了平面应力和平面应变状态下裂纹尖端的开裂问题,结果表明:当裂纹角β=π4时,平面应力状态下裂纹沿0-θ=0.2952π方向开裂;平面应变状态下裂纹沿0-θ=0.3188π方向开裂。     

翻转后的不可压缩neo-Hookean圆柱管的有限变形

研究了由径向横观各向同性不可压缩的neo-Hookean材料组成的圆柱形管在翻转后的有限变形问题。利用材料的不可压缩条件和半逆解法对相应的数学模型进行求解,并根据边界条件得到了翻转后的圆柱形管的内半径以及轴向伸长率应满足的非线性方程组。通过数值算例讨论了材料参数和结构参数对翻转后圆柱形管的内半径以及轴向伸长率变化的影响。结果表明：初始厚度对翻转后圆柱形管的内半径与轴向伸长率没有本质上的影响;而径向各向异性参数却有本质上的影响,特别是在轴向伸长率方面。     

基体微尺度效应对弹塑性多孔洞材料本构势及孔洞长大的影响

基于尺度相关的应变梯度塑性SG理论，对含孔洞的球形体胞模型进行了解析分析，得到了在基体梯度塑性环境下球形孔洞的演化规律，给出了弹塑性孔洞材料的宏观屈服面方程．与现有的基于尺度无关塑性理论的Curson模型相比，该模型考虑了基体材料的特征长度l与孔洞半径α之比λ(λ＝l／α)对多孔材料宏观屈服面和孔洞演化规律的影响．当不计基体材料的塑性梯度效应和硬化效应时，该模型能退化到经典的Curson模型．     

含力磁屈服区的压磁材料硬币型裂纹问题研究

本文利用Hankel 变换及Copson 求解方法,得到了在无穷远处磁荷载以及对称力荷载作用下的无限大压磁材料中,硬币型裂纹在裂纹尖端含有环状力磁双屈服区情况下的相关解析解．本文考虑了磁屈服区尺寸小于、大于、等于力屈服区尺寸的三种情况．结果表明：屈服区尺寸不仅与外荷载及材料常数相关,更与力磁屈服区尺寸的相对大小有关;其中,较大尺寸的屈服区仅受同性质单一荷载影响,与材料常数无关;而较小尺寸屈服区受力磁两荷载与材料常数共同影响;裂纹张开位移、磁势跳变均沿裂纹面径向增大而减小;裂尖张开位移、裂尖磁势跳变与材料常数相关,且随外荷载增大而增大．     

线性荷载作用下外简支环板的极限荷载分析

对于线性荷载作用下外简支环板,引入统一强度理论,进行了极限荷载分析。并分别求出了两种特殊形式的线性荷载作用下的极限荷载统一解,得出参数b值及材料的拉压比α对极限荷载的影响曲线。统一强度理论中,选择不同的参数b,可以得到一系列不同的屈服准则,不同的b值可以对应不同的工程材料,其中b=0和b=1分别给出了下限解和上限解。工程实际中,α可根据实际材料的拉压强度直接确定。当α=1时,统一强度理论适用于拉压强度相同的材料,当a≠1时,适用于拉压强度不同的材料。因此文中所给出的解可以灵活应用于各种性能的材料,可以充分反映材料的SD效应及中间主应力效应。已有的Tresca准则,Mises准则,双剪应力屈服准则以及双剪统一屈服准则的解答均为本文解答的特例或线性逼近。     

电磁内爆套筒动力屈曲的实验和数值模拟

用实验及数值模拟方法研究了电磁内爆套筒的屈曲响应规律。用电容器组脉冲发生器装置作为驱动源,设计4种不同材料、不同尺寸的金属套筒,通过调节电容器组的充电电压得到不同的加载电流,研究材料及几何参数、加载脉冲特性对套筒屈曲的影响;采用瞬态非线性有限元方法对实验结果进行了数值模拟。研究表明,在同样加载电流作用下相同材料套筒形成的屈曲波数随半径/厚度比增大而增大,不同材料套筒的屈曲波数随屈服强度/塑性强化模量比值增大而增大,而相同材料的屈曲波数不随加载电流的大小而改变;模拟计算结果与实验结果基本吻合。     

“UNIFIED STRENGTH THEORY AND ITS APPLICATION” 评介

强度理论主要研究应力和应变的极限状态, 以便与容许的应力和应变进行比较. 仅仅单轴 实验及其结果是不充分的, 还需要双轴和三轴的研究. 因为不同的材料在复杂应力-应变状态 下具有不同的力学性能, 所以屈服准则和破坏准则就会起到非常重要的作用. 采用这些理论 进行研究的目的是确保土木结构和机械结构的安全性. 然而一般来说, 这些理论只能对有限 的材料及其相关的应力-应变状态进行分析, 它们并不能解决产生所有问题的每个方面, 因此, 统一强度理论就在不断地探索中. 在俞茂宏著《统一强度理论及其应用(英文版)》(Ber- lin: Springer, 2004)中, 作者首先从双剪和双剪屈服准则的概念出发, 先后建立了双剪强度理论和统 一强度理论. 统一强度理论的极限线覆盖了外凸极限线的全部区域, 并且可以扩展到非凸极 限线的区域. 该书不仅是理论、实验、应用和历史的论述, 而且是作者独特研究的专门著作. 书中的内容明显地反映出了这些特点. 书的各章目录分别为: 1绪论; 2单元体应力状态; 3统一屈服准则; 4屈服准则的验证; 5统一屈服准则的扩展; 6材料在复杂应力状态下的基本特性; 7统一强度理论; 8强度理论的实验验证; 9统一屈服准则的应用; 10结构分析的破 坏准则效应; 11历史评论; 12参考文献和书目. 各章后面有一个小结和与重要内容有关的习题. 最后一章涵盖了历史评论和从1638年到2002 年间超过1\,000种的完整的书目. 本书适用于广泛的读者,它对强度理论及其应用领域有重要贡献.