有限变形塑性理论中的本构不等式和正交法则

本文系统地介绍了率无关材料的有限变形塑性本构理论中的本构不等式和正交法则,并对正交法则成立的条件,正交法则成立时的材料本构形式及其对参考构形和应变度量的依赖关系等基本问题作了必要的讨论.     

有限弹塑性变形的三维组集式本构模型

本文将文[1]中提出的三维组集式弹塑性本构模型推广应用于有限变形分析,导出了全量型和增量型本构关系在初始构形上的拉格朗日(Total Lagrange)形式和瞬时构形上的拉格朗日(Updated Lagrange)形式。文中对晶体单轴拉伸中的宏观剪切带进行了分析。预测结果与实验吻合。从而说明这种本构模型能够模拟有限变形中的几何非线性效应和晶体材料塑性变形中的宏观力学行为。     

两种晶体塑性损伤模型在有限变形条件下的比较

对建立在连续损伤力学和内变量理论基础上的两种晶体塑性损伤模型进行了比较,旨在比较两种模型在描述材料物理性能方面的适用性以及由加载而引起变形响应的不同之处.模拟结果显示,两种模型均能反映出塑性各向异性和损伤的演化;由加载而导致有限变形的响应不仅依赖于变形,而且也依赖于晶格取向;尽管两种模型在揭示单晶体的物理性能方面是不同的,但是在预测材料力学性能方面有着相同的预测趋势.     

不可压缩组合球体的空穴和分叉

利用有限变形弹塑性理论和超弹性理论,研究了组合线性强化弹塑性-超弹性球体在径向拉伸死载荷作用下的空穴生成问题.确定了外载荷与空穴半径的函数关系,给出了空穴形成时应力的分布,讨论了材料硬化参数对外载荷和应力分布的影响.结果表明:空穴半径是以某有限值突然出现的,且存在着上界和下限;拉伸死载荷随着空穴半径的增大先减小再增大;径向应力在空穴处为零而环向应力则在空穴处形成应力集中,其实正是这种应力集中,导致了空穴的出现.本文的研究结论可以为橡胶材料的增韧技术提供一定的理论参考依据.     

有限变形下多晶晶体塑性模型算法及应用

用Sanna和Zacharia^[1]所提出的延性单晶本构模型的积分算法和Taylor多晶模型假设研究了时间步长和硬化模型的选取对多晶集合体的应力应变响应和织构演化的影响。该算法是利用变形梯度乘法分解获得弹性变形梯度演化方程，用增量迭代法积分该方程，显式更新各滑移上的临界分切剪应力。算例的结果表明该算法具有时间步大，计算效率高的特点，另外，不同硬化模型的选取对多晶集合体应力应变响应的预测有明显的影响但对织构演化的预测影响不大。     

有限变形下单晶变温本构模型

论文构造了单晶热弹粘塑性的本构模型,模拟材料在不同温度下的力学行为.该模型以晶体热运动学作为分析变形的基础,即考虑温度变化情况下总体变形梯度的乘式分解,建立温度影响下的以弹性变形梯度为基本变量的控制方程来描述单晶材料的变形,算法采用隐式积分方法来求解控制方程以保证计算的稳定性.模型能反映单晶材料变形过程中温度对应力-应变响应的影响.     

冻土的有限变形本构关系的实验研究

根据有限变形理论,给出了冻土三轴蠕变实验数据处理时所需Green应变和Kirchhoff应力的计算公式,并根据冻土三轴蠕变实验结果给出冻土的有限变形本构关系及其蠕变参数。通过对冻土的实验数据对比分析可知:在相同试验条件下,应变较小时,小应变ε1 和Green应变Ez的数值几乎相等,随着应变的增加,两种表征方式的计算结果差别越来越大,可见对于冻土如果不考虑试件变形前后长度的变化,计算得出的应变偏离实际变形情况较大,因此冻土材料的本构关系采用有限变形表征更确切。根据冻土的有限变形本构关系计算得到的冻结壁内侧最大径向位移更接近实测结果,因此冻结壁设计计算依据冻土的有限变形本构关系更为合理。对今后冻结工程的设计具有参考价值。     

基于塑性体积应变的岩石损伤变形特性实验研究

为分析岩石塑性变形与损伤的关系,在定义岩石的初始损伤和临界损伤,提出塑性体积应变分析方法,从而以塑性体积应变为损伤变量,采用归一化方法建立岩石的损伤本构模型。采用递增循环加载实验确定岩石损伤本构模型中的弹性卸载模量和弹性应变比例系数两个参数。通过实验和理论分析得出:当荷载较小时,普通单轴压缩状态下岩石损伤随荷载的增加具有减小趋势,荷载超过一定数值后,岩石损伤才开始增加;单轴递增循环压缩状态下当循环荷载大于约35%峰值强度后,卸载后岩石的损伤具有增加的趋势,小于该荷载之前具有减小的趋势。整个加载过程的理论应力-应变曲线能很好地与实验结果相吻合,在循环加载区间理论结果还能体现出岩石实验结果中的回滞环。     

多孔硅橡胶有限变形的弹性行为

针对孔隙度较大 (孔隙度大于 5 0 % )的硅橡胶材料在压缩情况下的大变形 ,提出了可描述此类可压橡胶材料力学行为的应变能密度函数 ,推导了硅橡胶材料的本构方程。利用硅橡胶材料的单轴压缩实验进行了材料参数拟合 ,讨论了多孔硅橡胶的孔隙度和体积变形对压缩性能的影响     

单晶体塑性滑移有限变形下的应力计算

为了探讨和发展单晶金属材料的非弹性有限变形分析方法,提出一种单晶体各向异性弹塑性分析的计算格式.该方法是一种以初始构形为变形计算参考构形的描述方法,它对单晶体塑性构形的演化用增量计算以跟随加载路径,而在应力计算时在卸载构形的基础上用Hencky对数弹性应变来计算总量的应力以保证计算的稳定和收敛;通过求解满足瞬时屈服条件和应力与弹性应变关系的广义胡克定律的非线性方程组来搜索激活滑移系.     

一种适合橡胶类材料的非线性粘弹性本构模型

借助非线性流变模型建立大变形情况非线性粘弹材料的本构关系,考虑到大多数橡胶类材料具有的几乎不可压缩性,以及体积响应和剪切响应的流变性能不同,将变形梯度乘法分解为等容部分和体积变形部分,给出了一种适合橡胶类材料的非线性粘弹性本构模型,并模拟了粘滞效应。对于极快或极慢的过程,该模型退化为橡胶弹性理论;在小变形情况下退化为经典的广义Maxwell粘弹性材料。模型与热力学第二定律相容,适合于大规模数值分析。     

High-order Finite Difference and Finite Volume WENO Schemes and Discontinuous Galerkin Methods for CFD

In recent years, high order numerical methods have been widely used in computational fluid dynamics (CFD), to effectively resolve complex flow features using meshes which are reasonable for today's computers. In this paper, we review and compare three types of high order methods being used in CFD, namely the weighted essentially non-oscillatory (WENO) finite difference methods, the WENO finite volume methods, and the discontinuous Galerkin (DG) finite element methods. We summarize the main features of these methods, from a practical user's point of view, indicate their applicability and relative strength, and show a few selected numerical examples to demonstrate their performance on illustrative model CFD problems.     

三维有限变形线性光弹性材料研究

制成了１５％应变量的三维有限变形线性光弹性材料，可供对橡胶类零件的应力分析之用；在该材料中，以尼龙６作内含体，可以制作初应力很小的三维有限变形复合光弹性模型。     

Finite element computation of torsional plastic waves in a thin-walled tube

Summary  A finite element technique is presented for the analysis of one-dimensional torsional plastic waves in a thin-walled tube. Three different nonlinear consitutive relations deduced from elementary mechanical models are used to describe the shear stress–strain characteristics of the tube material at high rates of strain. The resulting incremental equations of torsional motion for the tube are solved by applying a direct numerical integration technique in conjunction with the constitutive relations. The finite element solutions for torsional plastic waves in a long copper tube subjected to an imposed angular velocity at one end are given, and a comparison with available experimental results to assess the accuracy of the constitutive relations considered is conducted. It is demonstrated that the strain-rate dependent solutions show a better agreement with the experimental results than the strain-rate independent solutions. The limitations of the constitutive equations are discussed, and some modifications are suggested. Received 9 February 1999; accepted for publication 28 March 2000     

分段线性强化问题的全量无迭代解

本文应用[1]提出的塑性全量理论中的控制变量(也称参变量)变分原理,对各级分段线性强化规律建立了相应的本构状态方程以及有限元求解公式,可使分段线性强化全量问题的数值解不需迭代.对于一般的(?)—(?)曲线,适当选择分段数目可达到足够的精度。本文给出了有一定代表性的手工及数值算例。     

延性单晶非均匀变形的三维有限元模拟

对延性单晶在拉伸载荷作用下的应变局域化和颈缩等非均匀变形过程进行了三维有限元数值模拟。将相关晶体塑性本构模型及一种新的数值积分方法补充到ABAQUS6.1商用有限元软件中。该方法的特点是，利用晶体塑性的动力学方程，获得一个关于晶体弹性变形梯度的演化方程，采用半隐式积分方案进行求解。本文推导出一种新的应力变本构矩阵。按此方式更新本构矩阵，计算速度和计算稳定性大大提高。加载方式，边界条件和变形程度等因素影响着滑移系的启动状况，这是平面模型所不能预测的。本文利用三维有限元方法模拟了不同取向下滑移系的启动状况，全面地考虑了FCC单晶材料12个可能滑移系在变形过程中的启动状况，合理地模拟了FCC面心立方单晶沿不同取向加载时晶轴旋转导致的应变局域化和颈缩等非均匀变形过程。     

有限变形下应力集中的三维效应

用三维有了奶变形光弹性方法研究了在有限变形下含半圆槽试件和含圆孔试件的应力集中的三维效应，考察了三维效应的基本规律，所得结果与Ｎｅｕｂｅｒ和Ｈｅｙｗｏｏｄ所提供的在小变形下的相应数据作了比较。