挤压AZ31镁合金高温单轴棘轮行为实验研究

对挤压态的AZ31镁合金在高温进行拉伸、压缩、应变循环和应力循环实验研究,旨在揭示镁合金各向异性的高温棘轮行为演化规律和变形机制。实验结果表明,镁合金表现出显著的拉-压不对称性和循环软化特性。镁合金的高温棘轮行为受平均应力和应力幅值的控制,棘轮效应随平均应力和应力幅值的增加而增强;镁合金在循环变形过程中存在位错滑移、孪生和解孪3种不同的塑性变形机制,导致镁合金的高温棘轮行为在不同的加载工况下表现出不同的演化特征。     

基于滑移与微纤维伸缩两种耗能机制的弹塑性本构模型

本文考虑了固体材料内以拉压和滑移方式消耗变形功的两种主要物理机制,提出了用纤维构元与滑移构元共同组集的弹塑性材料模型.两种构元都是单自由度变形体,其力学性质及塑性变形中的耦合硬化系数可由传统的材料力学实验确定.各种取向的构元在三维空间中均匀分布,并与宏观应变协调变形.从模型结构的力学响应导出了全量型和增量型本构方程,不必预先设定加载函数(塑性势函数).构元经历的变形历史与其取向有关,作为组合效应的应力应变关系能反映加载路径的影响.因此,本文得到的本构方程既保持了简洁的数学形式,又能模拟复杂加载条件下材料的宏观弹塑性力学行为. 本文预测了几种多晶金属材料在典型复杂加载路径下的应力应变响应与后继屈服面,与实验结果吻合良好.     

正交各向异性圆柱体在轴压作用下的应力场

基于材料体积不可压假设,对轴向压缩作用下圆柱试件在加载面内的环向和径向应力分布进行理论分析,计算结果表明:当试件材料本构为正交各向异性时,环向和径向应力分布为半径的幂函数形式;试件材料为横观各向同性时,环向和径向应力为半径的二次函数.在圆柱试件轴线上环向和径向应力相等,且均具有最大值;试件圆周边界上径向应力为0,环向应力具有极小值.通过最大拉伸应变破坏理论对试件环向应变进行分析,获得了产生环向拉伸破坏时的临界轴向载荷;并采用Hill-蔡强度理论对试件圆周边界上计算得到的应力参量进行描述,得到了轴压作用下圆柱试件的Hill-蔡强度理论表达式,其不仅取决于轴向应力和试件材料的基本力学性能,还与试件轴向变形的应变率及应变率随时间的变化率相关.     

静脉壁的力学特性及负压失稳问题

应用一类超弹性应变能函数,通过非线性弹性理论,研究了静脉壁在跨壁压及轴向拉伸联合作用下的变形和应力分布等力学特性,并分析了静脉壁的负压失稳问题．首先利用超弹性材料薄壁圆筒模型,得到了静脉壁在跨壁压及轴向拉伸联合作用下的变形方程,给出了正常静脉压下静脉壁的变形曲线和应力分布曲线,讨论了静脉壁的变形和应力分布规律．然后给出了负跨壁压下静脉壁的变形曲线,并由能量比较讨论了静脉壁的负压失稳问题．     

轴向变速运动弦线的非线性振动的稳态响应及其稳定性

研究具有几何非线性的轴向运动弦线的稳态横向振动及其稳定性．轴向运动速度为常平均速度与小简谐涨落的叠加．应用Hamilton原理导出了描述弦线横向振动的非线性偏微分方程．直接应用于多尺度方法求解该方程．建立了避免出现长期项的可解性条件．得到了近倍频共振时非平凡稳态响应及其存在条件．给出数值例子说明了平均轴向速度、轴向速度涨落的幅值和频率的影响．应用Liapunov线性化稳定性理论,导出倍频参数共振时平凡解和非平凡解的不稳定条件．给出数值算例说明相关参数对不稳定条件的影响．     

不同应变率下PC,ABS和PC/ABS合金拉伸变形行为研究

采用实验方法研究了PC(聚碳酸酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)和PC/ABS合金(PC与ABS共混率为80∶20,60∶40,50∶50和40∶60),在不同应变率条件下的拉伸变形行为.采用MTS-810万能材料试验机和分离式Hopkinson拉杆实验系统分别进行了PC,ABS和PC/ABS合金室温条件下的准静态和冲击拉伸实验,得到了上述材料在不同应变率条件下的真应力-真应变曲线;通过对其变形特点的详细分析,讨论了应变率和ABS含量对拉伸变形的影响,并且给出了10-4s-1～103s-1应变率范围内屈服应力与应变率的线性关系式.     

基于有限变形弹塑性模型模拟伪弹性合金全程变形行为

提出一个J2流的有限弹塑性本构方程来显式、全面地模拟了形状记忆合金(SMAs)在3个不同阶段加载并卸载所表现出来的应力-对数应变关系.这3个阶段包括变形完全恢复的伪弹性阶段、变形部分恢复的塑性阶段以及软化破坏阶段.该文的主要思想在于从实验数据的形函数出发,得到用形函数表达的多轴硬化函数,进而代入到本构方程,建立一个能模拟任意形状应力-对数应变关系,多轴有效的本构方程.该文方法的优势在于避免考虑微观到宏观的平均方法、相变条件等一系列复杂处理,大大减少了计算量.所得到的数值结果可以精确匹配实验数据.     

无粘性土的应力矢量本构模型(Ⅱ)——应用

将史宏彦等提出的无粘性土的应力矢量本构模型应用于分析多种复杂应力路径下材料的变形问题。结果表明，此模型不仅能够很好地反映无粘性土的应力应变非线形、硬化性、剪缩剪胀性、与应力路径的相关性、主应力与主应变增量方向之间的非共轴性以及球偏应力与变形的耦合性等主要变形特性，而且也能够同时考虑主应力轴的旋转和中主应力对土的变形及强度的影响。模型预测结果与试验结果之间的良好吻合表明了该模型的广泛适用性。     

混凝土轴拉加卸载随机损伤模型的建立与试验验证

为了分析及深入探讨混凝土在受拉加载及卸载情况下的力学特性,基于随机损伤本构关系提出了一种混凝土轴拉加卸载模型,推导出了混凝土加卸载的应力 应变关系表达式.为了印证理论表达式,进行了混凝土轴向拉伸及加卸载的试验研究,测得了混凝土的材料参数及其相应的轴拉加卸载应力-应变曲线.结合模型的计算结果,对混凝土的轴拉加卸载试验结果进行了对比分析,结果表明:混凝土轴拉加卸载模型能够预测混凝土的极限强度,同时能描述混凝土的强度软化、加载过程中的弹模折减及卸载后的塑性变形.     

Ti-6242S钛合金高温循环粘塑性行为有限元模拟

采用ANSYS提供的粘塑性流动准则下的双线性各向同性硬化本构模型,考虑材料参数的温度相关性,通过单个单元有限模型对4种温度下施加相同平均应力和不同应力幅值的应力循环工况进行有限元模拟。实验与模拟结果的对比表明,该模型能够较好的地模拟高温450℃以下Ti-6242S钛合金粘塑性变形的循环累积。此外,由于该模型没有考虑循环过程中背应力的演化,对滞回环的预测不够理想,且过高预测了520℃下的粘塑性累积变形。     

加载和卸载过程中复合材料叠层圆柱曲板后屈曲路径的研究

本文用动态松弛法研究了在加载和卸载过程中复合材料叠层圆柱曲板的后屈曲路径,发现了加载路径与卸载路径不重合的现象,给出了在均匀单轴压力作用下的十字叠层圆柱曲板在两种边界条件下的数值结果,并讨论了层数、曲率半径、初始几何缺陷等因素对后屈曲路径的影响.     

热-力耦合原子-连续关联模型的框架及其算法

对热-力耦合的原子-连续关联模型进行了系统研究,给出了计及热-力耦合行为的金属微-纳米构件内材料的瞬态弹性常数,应力、应变、比热容等物理量的具体计算公式及其算法.利用原子运动中的“结构形变”部分来研究微-纳米尺度下多晶原子团簇的非均匀结构变形.将原子团簇晶格结构的变形与连续体的变形关联起来,在准简谐近似假设下,推导出依赖于微观结构变形和热振动的自由能密度、熵密度、内能密度表达式,从而给出了微-纳米尺度下的瞬态热-力学参数.     

空间分数阶非Newton流体本构及圆管流动规律研究

对非Newton流体的本构及流动规律进行研究是分析、预测和控制非Newton流体在管道中流动的关键.实验表明非Newton流体在流动过程中具有历史记忆性,基于空间分数阶微积分方法,建立了分数阶非Newton流体本构模型;并推导了该模型在圆管中的流速分布、流量、平均流速、压降、平均Reynolds数等管道流动参数;提出了分数阶非Newton流体圆管流态判别准则.研究表明非Newton流体的圆管流层间的切应力可以通过流速的轴向分布大小来描述.对于不含屈服切应力的分数阶非Newton流体,分数阶的阶数越大,断面流速分布越均匀,记忆能力越强.分数阶的阶数大小反映了流体对全域空间的记忆性强弱;而对于含有屈服切应力的分数阶非Newton流体,分数阶的阶数越大,速梯区流速分布越均匀,流核区速度越小.分数阶的阶数大小反映了局部空间记忆性强弱.该研究为非Newton流体的记忆特征提供了一种新的建模方法.     

传送带系统主参数共振分析

基于Coriolis加速度和Lagrange应力公式,利用Newton定律得到了运动带的横向振动运动方程.运用多尺度法得到了传送带系统主参数共振的近似解.分析了调谐参数、带的横截面积、黏弹性参数、轴向速度不仅影响非平凡稳态响应的幅值,并且影响其存在区域,揭示了一些新的动力学现象.     

Deformation Behavior Modeling of SMAs Under Cyclic Loading Based on Rational Interpolation北大核心CSCD

提出了一个有限弹塑性模型,用来模拟形状记忆合金(shape memory alloys,SMAs)在循环荷载下的变形行为.首先,通过分析上下屈服阶段形函数的特点,利用有理插值方法给出循环荷载下的应力-应变形函数显式表达,可以精确匹配任意形状的实验数据;其次,基于对数客观率,构建了有限弹塑性J2流模型,耦合了屈服中心的移动和屈服面的增大;再次,从单轴情况出发,推导得到了单个循环下的三个硬化函数显式表达,再引入局部因子和多轴扩展不变量,构造了光滑统一且多轴有效的硬化函数;最后,将模型得到的结果与经典实验结果比较,证明了新方法的有效性.该文创新点如下:第一,通过改进传统的背应力演化方程,使得新模型产生强烈的Bauschinger效应,从而使新方法具备模拟SMAs特殊变形行为的能力;第二,新的光滑统一硬化函数在单个循环下会自动退化,得到精确符合实验数据的结果;第三,利用本构方程推导得到有效塑性功演化规律,而有理插值得到的形函数中包含依赖有效塑性功的参数,给出这些参数方程以后使得模型具备了预测变形的能力.     

具有内部约束的弹性杆的屈曲状态

本文对内部受到某种约束的不可伸长的弹性细杆讨论了在轴向推力作用下的屈曲问题.设杆的一端铰支,另一端受到一个平行于x轴的推力(图1).我们假设经无量纲化后弹性细杆的中心线在参考构形中占有x轴的区间[0,1].变形后杆的构形可由已变形杆的中心线与x轴的夹角φ(x)及轴向位移u(x)和横向位移w(x)来决定(图1).这     

用样条函数求解复合载荷下圆平板的大挠度问题

本文利用样条函数方法求解了圆平板的非线性方程,给出了在均布压力和中心集中力联合作用下圆平板大挠度问题的渐近解及其变形和应力分析,讨论了中心挠度为零的问题。     

Rssler原型4系统的Hopf分岔及幅值控制

主要研究了一类Rssler原型4系统的Hopf分岔行为及极限环幅值控制问题.首先,利用Hopf分岔理论讨论系统发生Hopf分岔的条件,利用规范形理论判定系统的Hopf分岔类型,并给出极限环幅值算式;然后,对系统施加非线性反馈控制器,判定受控系统的Hopf分岔类型,并给出极限环幅值算式,讨论控制参数对极限环幅值的影响.最后,对讨论结果进行数值仿真,通过理论与仿真结果得出结论:非线性控制器可以改变极限环幅值大小,但不能改变Hopf分岔位置.     

典型循环本构模型对316L不锈钢单轴棘轮行为预测结果评估

分别采用Dafalias-Popov模型,AF模型,OW II模型,AF-OWΙ模型和AF-OW II五种典型循环本构模型对316L不锈钢单轴棘轮行为进行模拟和预测,并对预测结果进行评估。结果表明:Dafalias-Popov模型在循环前期对材料的棘轮应变演化描述得比较合理,但最终预测到安定的棘轮效应;AF模型对单轴棘轮的预测值偏大;AF-OWΙ模型不能较合理地描述棘轮应变率的演化;AF-OW II模型和OW II模型对单轴棘轮应变及其演化速率能够进行合理地预测,且OW II模型比AF-OW II模型预测的棘轮应变值更低。进一步在此基础上对AF-OWΙ模型进行了改进,提高了其对单轴棘轮行为的预测能力。     

一般三轴压缩下岩石的流动和破裂

在此回顾一下岩石承受一般三轴压缩时流动和破裂的近代实验研究概况.由于实验技术的新发展,使得有可能测得在一般三轴应力状态下的三个主应力和主应变,此处三个主应力彼此是不相等的.各向同性岩石的强度和延性不仅明显地受最小主应力σ_3的影响,而且也受中间主应力σ_2的影响,尽管这两者增大都可使强度提高,但对延性这两者的效果却恰好相反.实验结果表明.在一般三轴应力状态下,岩石的膨胀呈现显著的各向异性.本文还研究了各向异性岩石在一般三轴应力状态下的变形特性.在此情形中,中间主应力的效果主要取决于软弱面的方位.