湿式铜基粉末冶金摩擦材料黏着损伤研究

通过离合器试验台研究了铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦学性能和黏着损伤特性;采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了表面损伤特征和成分变化.研究了湿式铜基粉末冶金摩擦材料黏着损伤形成发展历程和损伤机理.结果表明:在高于临界功率密度的试验条件下,出现黏着损伤.黏着损伤初期摩擦材料表面出现大量长度200μm~1mm的剥落坑;黏着损伤进展期摩擦片表面形成点状、连续分布撕裂坑;黏着失效期对偶片表面出现显著的过铜现象,扭矩曲线波动异常.摩擦材料发生黏着失效前,在低于临界功率密度的条件下,摩擦性能无明显改变,具有可回复性,仍可继续使用.     

各向异性材料疲劳损伤模拟

根据连续损伤理论，考虑到了损伤能释放率等引起损伤的重要因素，提出了一个各向异性疲劳损伤模型。此模型结构简单，适用于各种各向异性材料。利用该模型对玻璃聚酯复合材料层板在单向受力情况下进行了寿命预测，预测值与实验值符合较好     

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,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材料常数,并对简单试验进行了预测,结果表明,所建本构模型对准脆件材料的非线性材料性能有良好的预测能力.     

延性材料动态损伤演化模型研究

从微损伤系统的统计描述出发,应用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论的物理思想,考虑了微孔洞间的相互作用,建立了延性材料动态损伤的统计演化模型。结果能够描述材料在外载作用下的损伤弱化效应。还分析了材料变形中的两种不同的耗散机制,考虑了含损伤的本构关系。将上述模型用于几种材料的层裂过程数值模拟,并与实验结果作了初步比较。     

粉末冶金锭底材料耐磨性的正交试验研究

本文通过模拟锭杆与锭底的试件和工况对几种自制的粉末冶金锭底新材料进行了正交法滑动摩擦磨损试验。结果发现,Fe-C-Cu粉末冶金锭底材料的含Cu量和含油率分别为3.00％和10.78％时的磨损率最低(1.455×10~(-2)μm/h)。为了进一步提高锭杆-锭底配副的耐磨寿命,又在保证最佳含油率的前提下,通过添加多种合金成分开发了一些新型的粉末冶金锭底材料。其中,磨损率最低的仅为0.758×10~(-2)μm/h,这几乎只是上述Fe-C-Cu粉末冶金锭底材料最低磨损率的1/2。作者还就含Cu量和含油率等对粉末冶金锭底材料耐磨性的影响机理进行了分析与讨论。     

正交各向异性材料的弹塑性损伤本构关系

基于弹塑性力学和损伤理论,建立了一个与应力球张量有关的正交各向异性材料的混合硬化屈服准则,该准则无量纲化后与各向同性材料的Mises准则同构,在此基础上,进而建立了混合硬化正交各向异性材料的增量型弹塑性损伤本构方程,并以具局部损伤的正交各向异性矩形薄板为例,采用Galerkin法和迭代法,对其弹塑性屈曲问题进行了分析,讨论了局部损伤对正交各向异性矩形薄板弹塑性屈曲临界应力的影响.      

热力学相容的混凝土各向异性单边损伤模型

微裂缝演化(损伤)引起的各向异性和单边效应,对于混凝土材料和结构的变形和内力有非常重要的影响. 在描述单边效应时,已有的各向异性损伤模型均会得出与热力学基本原理相矛盾的结论即损伤卸载时能量耗散不为零. 基于不可逆热力学和内变量理论,直接以材料柔度张量的增量作为损伤内变量,建立了各向异性单边损伤模型的一般形式,给出了热力学相容的投影算子,推导了模型的率本构关系.文中详细发展了模型的Newton-Raphson数值实现算法及其算法一致性模量,建立了合理的损伤准则和演化法则并应用于混凝土材料. 数值模拟结果初步验证了建议模型的有效性. 需要说明的是,模型完全构筑于热力学基础上,无需引入应变 等效或应变能等效等经验性假定.      

柔性路面的各向异性疲劳损伤数值模型研究

根据柔性路面在交通荷载作用下的力学响应特点,推导了一个各向异性疲劳损伤本构方程,并基于ABAQUS软件及其二次开发平台,建立了考虑各向异性疲劳损伤的路面结构有限元模型。通过建立的模型计算车辆作用下路面结构的疲劳寿命,其结果与试验数据吻合良好,误差最高仅为3.8%,证明该模型精确可靠。最后,分析了疲劳损伤的演化规律,以及路面结构参数对疲劳性能的影响。结果表明,路面纵向疲劳损伤演化速率比横向大得多,随着车辆循环作用,路面结构的各向异性逐渐增强,进而又加剧疲劳损伤的演化。另外,沥青层越厚、土基弹性模量越大,路面疲劳损伤演化得越慢;而当土基较弱、沥青层较薄时,增加级配碎石层厚度可以显著延缓柔性路面的疲劳开裂。     

各向同性材料在纯剪切下的各向异性损伤

本文从各向同性材料的各向异性损伤理论出发,导出了在纯剪切下的损伤因子表达式,并对45号钢作了薄壁圆筒扭转试验,证实各向同性材料确实存在各向异性损伤,其损伤因子D_1和D_2的实验值随剪应力τ和扭转角φ的增加而增大。     

含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的磨损图研究

利用粉末冶金技术制备出铜基粉末冶金摩擦材料,研究在干摩擦条件下,制动能量和摩擦组元Cr含量变化对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能及磨损图的影响.根据线磨损量的变化,构建出以制动能量和摩擦组元Cr含量为变量的线磨损量图,主要包含三个区域:低磨损区、中磨损区和高磨损区,并建立出各区域边界转变方程;结合磨损表面、亚表面以及磨屑形貌的观察与分析,确定线磨损量图中各区域的主导磨损机理,由此建立出对应线磨损量图的磨损机理图,即犁削和轻微氧化磨损(低磨损区);严重氧化磨损和犁削(中磨损区);剥层磨损(高磨损区).希望该磨损图为含Cr铜基粉末冶金摩擦材料的实际应用提供一定的理论参考.     

多轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究

根据所建立的单轴非线性疲劳损伤累积模型,在多轴疲劳损伤临界面原理研究的基础上,针对多轴比轴比例加载,建立了多轴非线性连续疲劳损伤累积模型,该模型可以考虑多轴疲劳极限、平均静水应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出多轴加载顺序的影响,最后讨论了该多轴疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推形式,经多轴二级及块载疲劳试验数据验证表明,用该模型预测多轴疲劳寿命,其结果令人满意。     

复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3 个方面. 通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系. 损伤起始由卜克(Puck) 失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为. 模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层) 的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层. 以[0₃/45/-45]_S 和[45/0/-45/90]_4S 两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.      

一个修正的金属材料低周疲劳损伤模型

疲劳破坏是金属最常见的失效形式之一.基于连续损伤力学理论和能量原理,论文提出了一个修正的金属材料低周疲劳损伤演化方程,该方程综合考虑了材料的塑性强化、微裂纹闭合效应等因素对损伤累积的影响.将修正后的损伤演化方程以UMAT子程序的形式导入有限元计算软件ABAQUS之中,建立了疲劳损伤的计算模型,并以铝合金7050-T7451为例对该模型的有效性和适用性进行了验证.     

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木材声发射信号与其内外部损伤情况存在一定的定量关系. 依据损伤理论和含有裂 纹以及缺陷的木材不同阶段的声发射特征,分别探讨并建立了受交变载荷和单向静载荷情况下以声发 射特征参数表示的木材损伤演变模型. 分析结果与木材的实际情况相一致,表明以声发射特 征参量建立的木材损伤演变模型对木材的损伤预测具有提前性与敏感性,而且木材的不均匀 性是其提前破坏的主要原因之一.     

岩石爆破分形损伤模型研究

在Ｋｕｓ和Ｔｈｏｒｎｅ等人研究基础上,利用分形理论及应用成果提出了一种新的岩石爆破损伤模型。新模型将岩体中各种结构弱面视为初始损伤,并将其分形维数作为岩石性质的主要参量,用损伤能量耗散率及与分形维数的关系表征爆破过程中的岩石损伤演化规律,从而弥补了现有模型未考虑初始损伤影响和将损伤演化归结为体积应变函数的不足。还通过模拟试验等手段验证了新模型的如上观点。     

各向异性损伤力学中的弹塑性分析

提出了一套分析损伤力学问题的各向异性弹塑性理论公式 及其相应的有限元分析.通过对各向同性及各向异性损伤力学的数值算例的分析说明该理论公式的适用性.     

APPLICATION AND THEORETICAL ANALYSIS OF C/SiC COMPOSITES BASED ON CONTINUUM DAMAGE MECHANICS

Based on the thermodynamic theory, an orthotropic damage constitutive model was developed to describe the nonlinear mechanical behavior of C/SiC composites. The different nonlinear kinematic and isotropic hardening functions were adopted to describe accurately the damage evolution processes. The damage variables were defined with the damaged modulus and the initial undamaged modulus on energy equivalence principle. The initial orthotropy and damage coupling were presented in the damage yield function. Tensile and in-plane shear loading and unloading tests were performed, and a good agreement between the model and the experimental results was achieved.     

钢纤维混凝土的弹塑性损伤模型

根据钢纤维混凝土在反复荷载下的弹性变形规律,从应变等价性原理出发,提出了弹塑性损伤模型;分析了以往用卸载刚度代替变形模量所带来的问题。     

混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型

提出了混凝土化学损伤和力学损伤的耦合模型.用损伤变量表示的本构关系模拟混凝土力学性能.分析了化学侵蚀下混凝土损伤发展过程.研究表明,应力软化造成混凝土局部损伤是结构失效的根源.局部化学损伤出现的时候,平衡微分方程不能满足.为了解决这个问题,采用了非局部损伤模型.试验和有限元计算结果表明,混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型能够较好地描述受化学侵蚀与荷载共同作用的损伤状态.