惯性及弹塑性效应对延性金属材料层裂损伤的影响

本文以空心球壳模型为基础,在飞片加载条件下,讨论了惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小对材料层裂损伤的影响.分析结果表明,在研究材料层裂损伤问题时,惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小的影响是不能忽略的,特别是初始孔洞大小的影响.同时,鉴于初始孔洞大小的重要影响,本文尝试给出了一个分析初始孔洞尺寸的方法. 关键词： 层裂损伤 惯性 弹塑性效应 初始孔洞     

简论金属材料JC本构模型的精确性

通过比较JC模型预测结果与6种金属(2024-T351铝合金、 6061-T6铝合金、OFHC无氧铜、4340高强钢、Ti-6Al-4V钛合金和Q235软钢)在不同应变率及温度下的实验数据,对JC本构模型的精确性进行了关键评估。为了进一步评估其精确性,采用JC本构模型和失效准则对平头弹正撞2024-T351铝合金靶板进行数值模拟,并与实验结果比较。结果表明:JC本构模型只适用于中、低应变率和温度下的Mises材料,对非Mises材料该模型预测的剪切应力-应变曲线和失效与实验结果吻合较差;同时,JC本构模型的精度随应变率和温度的提高而降低,特别是在高应变率条件下利用实验得到的动态增强因子进行相应数值模拟时,所得计算结果与弹道穿透实验结果不一致,说明其表达式(即准静态应力-应变关系×动态增强因子)是不恰当的。     

粘塑性介质中球形孔洞的动态增长

 提出了一个新的粘塑性介质中球形孔洞在高加载率作用下的演化方程。方程中考虑了应变率、局部惯性和介质的硬化效应，并对这些影响进行了数值分析和讨论。数值分析结果表明：孔洞的增长对外加载率和应变率十分敏感，在高加载率条件下局部惯性效应对孔洞增长有着重要影响，随着加载率的增加，这种影响增大。另外，得到了使孔洞增长的临界应力值的表达式。     

复合应力下泡沫铝屈服行为实验研究

 采用ARCAN双轴加载装置和材料实验机（INSTRON 5544）,对相对密度为8.5%的闭孔泡沫铝（Alporas）进行了不同应变率下的双轴加载实验。在宏观等效应变率为7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内测得实验屈服面,并与泡沫金属的3种屈服准则进行了比较。比较结果表明：在主应力空间下,实验屈服面与Miller和Deshpande-Fleck屈服准则吻合较好,Gibson屈服准则过小估计了测试泡沫铝的实验屈服面;被测泡沫铝的实验屈服面在宏观等效应变率7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内对应变率不敏感。     

基于Lagrangian分析法的梯度泡沫金属动态力学行为研究

采用Lagrangian分析法,对梯度泡沫金属在高速冲击下的变形机理和应力响应进行研究。基于3D-Voronoi技术,构建了5种不同密度梯度的泡沫金属细观有限元模型,并进行了高速冲击下的Taylor数值实验,得到不同密度梯度泡沫金属的质点速度分布规律。采用Lagrangian分析法并结合数值实验结果,研究了高速冲击下密度梯度参数对泡沫金属的局部应变分布、应力分布以及冲击波传播与衰减规律的影响。结果表明:负密度梯度泡沫金属比正密度梯度泡沫金属具有更强的抵抗变形能力,且密度梯度参数越小,变形程度越小;负密度梯度泡沫金属的局部压实应力呈线性减小,最大局部压实应力随着密度梯度参数的减小而增大,在冲击端附近可以承受更大的载荷;正密度梯度泡沫金属的局部压实应力分布呈平台状,其最大局部压实应力小于负密度梯度泡沫金属。     

热惯性对热弹性行为影响的渐近分析

当热作用时间或受热器件结构尺寸呈现微尺度特征时, 热流运动的惯性效应将对热量的传递过程产生显著地影响. 基于热质的概念, 依据牛顿力学原理引入用于描述热质运动的热波方程, 结合各向同性材料的本构关系, 构建了计及热流运动惯性效应的广义热弹性动力学模型. 利用超常传热的微尺度特征, 采用解析的方法对半无限大体外表面受热冲击作用的一维问题进行了渐近求解. 通过对热波、热弹性波的传播和各物理场分布的分析以及与已有广义热弹性理论预测结果的对比, 揭示了热流运动的惯性效应对热弹性行为的影响. 结果表明：热量的传递除了受到热流加速的时间惯性影响之外, 热流运动的空间惯性也对传热行为产生影响, 当计及空间惯性时, 热波、热弹性波的波速、波前位置, 各物理场的建立时间、阶跃峰值及阶跃间隔均受到不同程度的影响. 关键词： 热惯性 热质运动 广义热弹性动力学模型 渐近分析     

球形孔开孔泡沫铝的力学特性及准静态压缩变形机制

对胞孔形态和尺寸较为一致的球形孔泡沫铝开展静-动态压缩实验,利用数字图像相关法研究了泡沫铝在准静态压缩过程中的宏观和介观变形机理。结果表明:球形孔泡沫具有明显的应变率效应,随着应变率的增加,平台应力及屈服强度增加,吸能效率也有所提高。由于胞元壁厚不均匀和孔壁缺陷的随机分布,泡沫铝在压缩过程中会出现多条局部变形带,单个胞孔表面在孔壁缺陷处也会出现应变集中带。胞元孔的变形模式主要有3种,轴向压缩、剪切、扭转加剪切复合变形,且整体变形带处的孔壁破坏模式以剪切变形为主,孔壁的变形模式又与孔壁自身厚度以及加载方向有关。     

基于温度与应变率相互耦合的泡沫铝本构关系

根据分离式Hopkinson压杆实验以及准静态实验得到的泡沫铝材料在不同温度以及不同应变率下的应力-应变曲线,分析了泡沫铝本构方程中温度效应与应变率效应之间的耦合关系,即温度越高,泡沫铝的应变率效应越显著。基于Sherwood和Frost提出的泡沫材料本构关系框架,对常温下的应变率敏感系数进行了温度项修正,修正后的本构方程在高温高应变率下与实验结果具有较好的一致性。最终得到泡沫铝在一定密度范围内包含温度项、应变率项较为完备的本构方程。     

高温高应变率下G550冷弯钢的动态力学行为

为研究G550冷弯钢在高温和高应变率下的动态力学性能,采用高温同步控制霍普金森拉杆装置,开展了不同温度下的高应变率拉伸试验,并在高速液压拉伸试验机上进行了室温下的中应变率拉伸试验。通过获得的应力-应变曲线,得到了材料的本构模型,结合微观形貌分析,探究了温度和应变率对流变应力的影响。结果表明：G550冷弯钢具有明显的应变率强化和温度软化效应。在特定的高应变率范围内(1 000～1 500 s^-1),温度对流变应力的影响大于应变率。基于温度软化系数随温度变化的特征,提出了G550冷弯钢的修正Johnson-Cook本构模型。该模型可以较好地描述G550冷弯钢在高温和高应变率下的动态力学行为,从而为G550冷弯钢在高温、爆炸冲击相关的有限元仿真提供参考。     

缺陷对金属蜂窝材料面内冲击性能的影响

 利用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA,数值研究了缺陷（胞元缺失）的分布位置及其尺寸对金属蜂窝材料面内冲击性能的影响。考虑到理想六边形蜂窝材料在不同冲击速度下的变形特征,将试件划分成9个子区域,讨论了缺陷集中位置、缺陷尺寸和冲击速度对蜂窝材料面内冲击变形模式和能量吸收性能的影响。研究发现,蜂窝材料的面内冲击性能依赖于缺陷的分布位置和缺陷尺寸,且在中低速时表现出较高的敏感性,但冲击速度的增加将弱化缺陷分布不均匀性的影响。由于缺陷的存在,蜂窝材料的能量吸收能力明显降低,但与缺陷分布位置相比,蜂窝材料单位体积所吸收的能量更敏感于缺陷尺寸。研究结果将为多胞材料的安全性评估及能量吸收设计提供理论指导和依据。     

高应变率拉伸下纯铝中氦泡长大的动力学研究

 分析了高应变率加载下纯铝中氦泡长大的动力学过程,给出了含内压氦泡长大的动力学方程,并且分别研究了氦泡内压、基体材料惯性、粘性、表面张力以及基体环境温度对初始半径为1 nm氦泡长大的影响。研究结果表明：（1）初始内压可以促使氦泡快速长大,当氦泡直径超过1 μm时,内压对氦泡长大的影响可以忽略不计。（2）表面张力在氦泡整个长大过程中的影响都很小。（3）材料惯性对氦泡长大起抑制作用,并且随着氦泡半径的增长,抑制效应越来越明显。（4）在所有因素中,温度对氦泡长大的影响最为明显,温度升高,材料的粘性降低,氦泡的内压增加,促使氦泡加速长大。     

Effect of Band Crossing Mode on the Variance of Moment of Inertia

In the frame of the Fermi dynamical symmetry model, the effect of band crossing modes on the variance of moment of inertia is discussed. It is shown that irrespective of the existence of I₁-band, it is the I₀-band crossing with the ground band that forms the first backbending. Without band crossing under the backbending, the heritage mixing itself can cause the variance of moment of inertia. The experimental data of well-deformed rare-earth nuclides can be well explained quantitatively with the model.     

用BCS理论计算稀土核转动惯量的奇偶差

用BCS理论计算了稀土区偶偶核和奇A核的转动惯量.计算结果表明,尽管转动惯量的计算值系统地小于实验值,但实验上观测到的转动惯量奇偶差的大幅度变化能够用BCS理论定性地描述. 这个结论与人们普遍认为的BCS理论给出的奇A核转动惯量应比相邻的偶偶核基态转动惯量大15%的看法相悖,但却证实了20多年以前Gregory和Volkov等人得出的结论,有助于人们在BCS平均场理论框架下理解正常形变核中出现全同带的现象.     

Effects of Inertia on Evolutionary Prisoner's Dilemma Game

Considering the inertia of individuals in real life,we propose a modified Fermi updating rule,where the inertia of players is introduced into evolutionary prisoner's dilemma game(PDG) on square lattices.We mainly focus on how the inertia affects the cooperative behavior of the system.Interestingly,we find that the cooperation level has a nonmonotonic dependence on the inertia:with small inertia,cooperators will soon be invaded by defectors;with large inertia,players are unwilling to change their strategies and the cooperation level remains the same as the initial state;while a moderate inertia can induce the highest cooperation level.Moreover,effects of environmental noise and individual inertia are studied.Our work may be helpful in understanding the emergence and persistence of cooperation in nature and society.     

Effects of Inertia on Evolutionary Prisoner's Dilemma Game

Considering the inertia of individuals in real life, we propose a modified Fermi updating rule, where the inertia of players is introduced into evolutionary prisoner's dilemma game (PDG) on square lattices. We mainly focus on how the inertia affects the cooperative behavior of the system. Interestingly, we find that the cooperation level has a nonmonotonic dependence on the inertia: with small inertia, cooperators will soon be invaded by defectors; with large inertia, players are unwilling to change their strategies and the cooperation level remains the same as the initial state; while a moderate inertia can induce the highest cooperation level. Moreover, effects of environmental noise and individual inertia are studied. Our work may be helpful in understanding the emergence and persistence of cooperation in nature and society.     

全同超形变带转动惯量的粒子数守恒计算

利用推转壳模型的粒子数守恒方法计算了超形变(SD)转动带¹⁹²Hg和¹⁹⁴Hg(1,2,3)的带首转动惯量.分析了带首附近的组态结构及带首转动惯量随对力强度的变化.带首转动惯量之差δJ₀对对力强度十分敏感,而对Nilsson能级参数K、μ及形变参数并不敏感.对力及堵塞效应是造成带首转动惯量差别的主要因素.但与正常形变核相比,对力强度似有较大程度减弱.     

锕系变形核转动惯量及奇偶差随角频率变化的微观机制

用处理对力的粒子数守恒方法分析了锕系变形核转动惯量及其奇偶差随角频率ω变化的微观机制.建立在高j闯入轨道上的奇A核转动带,如²³⁵U(ν[743]7/2)带的转动惯量,比相邻偶偶核基态带大得多,而且,随ω变化的规律也呈现明显的奇偶差.这些规律在粒子数守恒计算中得到很好地重现.计算中无自由参数,单极和四极有效对力强度由结合能和带首转动惯量奇偶差实验值确定.     

扭摆法测物体转动惯量的不确定度分析

扭摆法是测量物体转动惯量的有效方法,其不确定度分析是关键.本文推导了扭摆法测物体转动惯量准确的不确定度传递公式,得到各直接测量量及其不确定度对转动惯量不确定度的影响.并进行了算例分析.结果表明,扭摆法比三线摆测得物体的转动惯量的误差以及不确定度要小很多.这对实验方法的选择和仪器的研制具有重要的实际意义.