45#钢的损伤演化方程和层裂准则研究

通过唯象分析和细观物理统计相结合的方法建立了一种韧性材料的损伤演化方程。在试验结果和内变量理论的基础上得到了45#钢的含损伤热—粘塑性本构关系。用有限差分方法计算了45#钢平板撞击所产生的应力波传播规律、损伤演化规律及层裂进程。通过自由面速度历史的数值模拟,并基于计算结果与试验结果间的最佳一致性,得到了损伤演化方程中的材料参数和极限损伤数值,并以此为依据建立了材料的应力率层裂准则。     

关于压杆临界应力经验公式的小议

关于压杆的临界应力超过材料比例极限时的计算式,材料力学教材和有关的手册多应用直线型经验公式σ_(cr)=a-bλ(1)而在具体应用到某一种材料的压杆时,对柔度λ的下限和系数a,b的值,在不同的教材中有所不同。例 ...     

含氦泡辐照老化材料层裂损伤计算方法分析

辐照条件下,一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷,氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质,而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合,但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用,当初始孔洞数密度达到一定临界值时,材料内部没有新的孔洞成核,因此,层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文中基于损伤早期演化的特征,给出了这一临界值的计算方法,并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时,在完善孔洞增长(void growth, VG)层裂损伤模型中参数的确定方法的基础上,借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果,对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大的情况下,当氦泡浓度低于临界氦泡浓度时,需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响;反之,可以采用简单的层裂损伤模型,不需要计算孔洞成核,但由于增长孔洞之间的相互影响,损伤模型的初始损伤参数需要重新确定。     

改进SPH方法在陶瓷材料层裂数值模拟中的应用

为了探讨铝飞片撞击陶瓷材料时的层裂现象,采用改进SPH方法模拟应力波在陶瓷材料中的传播。结果表明,当离散粒子分布不均匀时,数值模拟计算的自由面速度时程曲线与实测曲线吻合良好。对比CSPM方法,改进SPH方法的精度更高。提出适用于数值模拟的陶瓷材料损伤演化方程,对脉冲载荷下陶瓷/钢层合板层裂的破坏过程进行数值模拟,结果表明,由于陶瓷的波阻抗高于钢的,且抗压强度远高于抗拉强度,因此拉应力引起的层裂破坏是主要的。即使在材料内部传播的只是弹性压缩波,当弹性波到达材料界面时,由界面反射引起的卸载波也能导致陶瓷发生层裂破坏。     

平面碰撞与强激光加载下金属铝的层裂行为

在轻气炮和神光Ⅱ强激光装置上开展了金属铝的层裂实验。针对激光打靶层裂实验中样品自由面速度剖面后期振荡容易丢失问题,改进靶设计,获得很好效果。利用轻气炮加载和强激光加载层裂实验应变率的显著差异,并通过数值模拟,讨论了在建立具有预测能力的理论建模中需要关注的损伤成核、演化与汇合问题中的材料特性与应变率相关特性因素。结果表明,对于我们以前建立的动态损伤与断裂模型,微孔洞成核的平均半径、阈值压力、成核速率相关参数以及微孔洞长大的阈值压力等具有材料特性属性,但微孔洞的表面能以及决定材料发生完全层裂的临界损伤度等具有明显的应变率效应。另外,分析还发现,虽然层裂强度具有明显的应变率效应,但是在样品层裂当地,样品由持续拉伸向收缩转变的临界行为,取决于一个很小的临界损伤,这个临界值很可能是材料常数,与应变率无关。     

SiCp/ZL101AI复合材料中的层裂微损伤演化行为

对ＳｉＣｐ／ＺＬ１０１Ａｌ复合材料进行了层裂损伤演化实验，得到了试样的层裂损伤演化图像．通过对这些微损伤演化图像的微观观察和对微损伤的统计定量分析，发现在层裂损伤演化过程中，微损伤的形成和发展不仅与应力水平、作用时间相关，而且还与材料中的微结构分布密切相关．通过层裂损伤演化实验，得到了在这种复合材料中，微裂纹在基体中的扩展速度及其与宏观应力水平的关系     

SiCp/ZL101AI复合材料中的层裂微损伤演化行为

对ＳｉＣｐ／ＺＬ１０１Ａｌ复合材料进行了层裂损伤演化实验，得到了试样的层裂损伤演化图像．通过对这些微损伤演化图像的微观观察和对微损伤的统计定量分析，发现在层裂损伤演化过程中，微损伤的形成和发展不仅与应力水平、作用时间相关，而且还与材料中的微结构分布密切相关．通过层裂损伤演化实验，得到了在这种复合材料中，微裂纹在基体中的扩展速度及其与宏观应力水平的关系     

屈服准则验证实验

<正> 在材料力学实验中,根据金属材料屈服极限和条件屈服极限的物理意义,能够很直观也比较容易地测定出金属材料的屈服极限σ_s、条件屈服应力σ_(0.2)和剪切屈服极限τ_s,根据多数零部件工作时不允许有过量塑性变形的要求,把工作应力控制在上述参数以下是很容易被人接受的.但是在复合受力状况下究竟用什么参数做为限度,尽管材料力学中第三和第四强度理     

单晶与纳米多晶锡层裂的分子动力学研究

低熔点金属的层裂是目前延性金属动态断裂的基础科学问题之一。采用非平衡态分子动力学方法模拟了冲击压力在13.5～61.0 GPa下单晶和纳米多晶锡的经典层裂和微层裂过程。研究结果表明：在加载阶段,冲击速度不影响单晶模型中的波形演化规律,但影响纳米多晶模型中的波形演化规律,其中经典层裂中晶界滑移是影响应力波前沿宽度的重要因素;在单晶模型中,经典层裂和微层裂中孔洞成核位置位于高势能处;在纳米多晶模型中,经典层裂中的孔洞多在晶界（含三晶界交界处）处成核,并沿晶定向长大,产生沿晶断裂,而微层裂中孔洞在晶界和晶粒内部成核,导致沿晶断裂、晶内断裂和穿晶断裂;孔洞体积分数呈现指数增长,相同冲击速度下单晶和纳米多晶Sn孔洞体积分数变化规律一致;经典层裂中孔洞体积分数曲线的两个转折点分别表示孔洞成核与长大的过渡和材料从损伤到断裂的灾变性转变。     

微裂纹损伤对复合材料层板分层的影响

本文将双标量损伤模型推广,考虑层内及层间微裂纹损伤相互作用,建立了层合复合材料的多标量损伤本构关系,并将该本构关系应用于含贯穿分层层板的后屈曲分析,采用准三维有限元法研究了分层尖端场与极限损伤区演变的特点,结果表明：损伤导致裂尖区层间应力奇异性消失,引起层间应力重新分布;损伤区的发展方向取决于分层上下表面层的铺设角,能量释放率不能反映损伤和分层扩展特征,因而有必要建立基于损伤演化的分层扩展准则。     

平纹编织陶瓷基复合材料面内剪切细观损伤行为研究

采用约西佩斯库(Iosipescu)纯剪切试件,研究了平纹编织SiC/SiC和C/SiC复合材料的面内剪切应力-应变行为和细观损伤特性.通过试验获得了材料不同方向上的单调和迟滞应力-应变行为,对比分析了两种材料的剪切损伤特性,结果表明材料的剪切损伤演化规律受热残余应力水平影响严重.由试件断口电镜扫描结果发现剪切加载状态下桥连纤维承受显著的弯曲载荷和变形,据此提出了纤维弯曲承载机制,并结合裂纹闭合效应分阶段阐释了材料的剪切迟滞环形状.基于材料的剪切细观损伤机制,通过两个损伤变量表征了材料的剪切损伤演化进程,得到了材料的面内剪切细观损伤演化模型.对比发现2D-C/SiC复合材料45°方向基体裂纹的起裂应力明显小于2D-SiC/SiC复合材料,而两者0°/90°方向裂纹的起裂应力基本相同.      

延性金属层裂模型比较

在平面一维弹塑性流动有限差分计算程序中加入4种延性金属层裂模型,对平板撞击层裂实验进行数值模拟。结果表明：简单最大拉伸应力模型和简单损伤累积模型能定性反映层裂的物理现象,由于忽略损伤对本构的影响,计算结果和实验有偏差,但模型要求参数较少,对于一些精度要求不是很高的工程问题,可以采用;从材料损伤断裂物理本质出发,采用微损伤统计方法得到的NAG模型和封加波损伤度函数模型,能很好地再现实测的自由面速度剖面,数值计算结果与实验吻合很好。     

关于双剪强度理论的教学探讨

<正> 在我国的材料力学教材和教学中,多数只讲授最大拉伸正应力理论、最大伸长线应变理论、最大剪应力理论、歪形能理论,以及莫尔强度理论.在讲授最大剪应力理论,即屈服准则 τ_(max)=(σ_1-σ_3)/2=c,亦即σ_1-σ_3=σ_s,时都要讲到,这个理论由于未考虑中间主应力σ_2对材料强度的影响而对材料在复杂应力状     

关于双剪强度理论的教学探讨

在我国的材料力学教材和教学中,多数只讲授最大拉伸正应力理论、最大伸长线应变理论、最大剪应力理论、歪形能理论,以及莫尔强度理论.在讲授最大剪应力理论,即屈服准则 τ_(max)=(σ_1-σ_3)/2=c,亦即σ_1-σ_3=σ_s,时都要讲到,这个理论由于未考虑中间主应力σ_2对材料强度的影响而对材料在复杂应力状     

金属材料层裂破坏的内聚力模型

为了考虑层裂破坏过程中能量耗散行为,论文把内聚力单元嵌入到连续介质有限元单元之间,从而构建了一个层裂破坏的内聚力模型.随后采用该模型对平板撞击条件下的20号钢层裂实验进行了数值模拟研究,重点讨论了内聚力模型特征参数对计算结果的影响规律.研究结果表明采用指数型损伤演化行为的内聚力模型可以较好地描述层裂破坏过程中的能量耗散行为.利用一发实测自由面速度波剖面对计算结果进行校准,确定内聚力模型特征参数.该特征参数可以用于模拟不同撞击速度下的层裂实验,获得的模拟曲线与实验曲线之间符合程度很好,特别是自由面速度“回跳”后波形振荡周期和幅值与实验结果非常接近,这表明了内聚力模型在描述层裂过程中能量耗散行为方面具有较好适用性,并且其参数也具有很好的可移植性.     

层裂的分形机理及分维和连接阈值的关系

通过对微裂纹连接的动力学分析，提出了描述层裂损伤演化的统计分形模型，指出分形层裂面的形成机理与层裂中微裂纹级串连接的动力学过程密切相关，由此，得到了一种单峰的分维－连接阈值关系，定性解释了分维随专心韧性单峰变化的实验现象。     

材料变形及损伤演化的微观物理动力机理

利用微观物理动力学对材料变形及损伤的演化进行了研究。探讨现有的简单应力状态及复杂应力状态的模型之间的内在联系，研究了损伤对材料变形及损伤演化的影响，得到了在考虑损伤时材料的变形及损伤的近似演化方程，该文研究表明微观物理动力学对描述材料的变形及损伤具有广泛可能性。     

一种微裂纹型拉伸损伤模型在混凝土材料中的应用

将包含众多不同规则微裂纹的混凝土材料视为等效微裂纹系统,结合细观微裂纹动力律与波动理论,确定了裂纹演化与应力波传播的内在关系;根据有核长大思想和能量耗散理论,建立了一种便于工程应用的混凝土类准脆性材料拉伸损伤演化方程,并由混凝土单轴拉伸实验确定了相关材料参数;进行了混凝土平板撞击和内爆炸所引起的波传播和层裂问题的数值计算。结果表明:混凝土靶板的自由面速度时程曲线呈现明显周期性震荡,震荡周期与应力波在裂片中往返一次的时间基本相同;混凝土靶板损伤空间分布和损伤云纹图与已有实验结果一致,验证了本文所建立的微裂纹型拉伸损伤模型的科学实用性。     

20#钢动态拉伸断裂行为及其临界损伤度研究

首先对一维应变平面冲击载荷下20#钢的动态拉伸断裂行为进行了实验研究,考察了加载应力和拉伸应变率影响;然后基于损伤度函数模型,对实验进行了数值模拟研究,结果表明:模型中定义的特征物理量-断裂临界损伤度与外载荷条件(加载应力和拉伸应变率)的无关性或不敏感性;最后.采用Ls-dyna动力有限元程序并嵌入损伤度函数模型,对滑移爆轰下20#钢柱壳内爆驱动层裂进行二维数值模拟研究,结果表明:一维应变平面层裂实验和模型计算确定的损伤模型参数,也适用于描述柱壳构形复杂应力环境下的动态拉伸断裂问题.从而初步证实了断裂临界损伤度可以看作是一个表征延性金属动态拉伸断裂的内禀物性参数.     

应变软化对复合材料分层尖端场的影响

提出了适用于纤维增强复合材料应变软化分析的多标量连续损伤模型,并将其应用于含分层裂纹的复合材料层板的后屈曲损伤破坏有限元分析,研究了软化参数对损伤场和应力场的影响。计算结果表明:(1)应变软化使分层尖端的应力奇异性降低或消失。(2)应变软化参数影响极限损伤区的大小及其扩展速度,应力跌落使极限损伤加剧。(3)由于损伤的影响,裂尖的能量释放率受软化参数的影响出现波动,已难反映分层特征,可以根据损伤程度来判断分层的扩展。(4)分层上下表面的纤维方向影响损伤形式及其扩展方向。