30CrNi3MoV钢热塑剪切带内的应变和应变速率

本文提出了３０ＣｒＮｉ３ＭｏＶ低合金钢正交切削的试验结果和计算规则，锯齿状切屑上热塑剪切带内的应变和应变速率的模型及计算公式。计算结果表明正交切削试验中出现的热塑剪切带的切应变可达２０００％应变速率高达１０￣５ｓ￣（－１）。     

孤立两叶螺旋桨风洞试验准定常数值模拟

为研究某型两叶螺旋桨的气动性能,对某型两叶螺旋桨进行了风洞试验及计算流体动力学(CFD)数值模拟。通过求解多重参考坐标系(MRF)模型下的准定常雷诺平均Navier-Stokes方程,计算了直径为960mm的某型两叶木质螺旋桨静态和动态的气动特性。并在西北工业大学NF-3风洞的三元试验段获得了该螺旋桨桨叶的拉力、扭矩、功率等气动性能数据。螺旋桨风洞试验与CFD数值模拟对比验证表明:基于MRF模型的数值模拟结果与风洞试验结果具有一致性,两者的螺旋桨拉力的偏差控制在5%以内,扭矩的偏差控制在10%以内,拉力功率比的偏差控制在6.08%以内,证明了CFD数值模拟对螺旋桨气动性能预测的准确性。本文可为通用电动飞机螺旋桨的设计与模拟验证提供参考。     

准定常强激波反射马赫杆突出变形准则的探讨

分析了滑移线延长线与楔面交点附近的流动特点,研究了准定常强激波反射中马赫杆的变形,建立了马赫杆突出变形消失的过渡准则,并用激波极曲线方法进行了求解。对马赫杆的变形过程进行了描述,研究了比热比、马赫数的变化对马赫杆突出变形消失条件的影响,并对突出变形消失区域与终点双马赫反射区域进行了比较。结果表明:马赫杆突出变形的消失是低比热比介质中出现的一种激波反射现象。马赫杆突出变形的消失,导致出现一种新的无射流、直马赫杆的双马赫反射结构。     

边坡稳定的剪切带计算

为了解决边坡稳定分析中剪切带有限元网格的依赖性问题,采用梯度塑性理论,从本构关系中引入特征长度入手,建立计算模型。提出了一种8节点缩减积分的梯度塑性单元,并采用梯度塑性理论推导了Drucker-Prager屈服准则的软化模型的有限元格式,在ABAQUS中进行了二次开发,嵌入了本文提出的8节点单元和本构模型,并用ABAQUS软件进行了边坡剪切带的计算。计算结果表明,本文提出的方法消除了经典有限元计算的网格依赖性问题,可以得到与单元剖分无关的稳定的剪切带宽度。本文所提出的方法可适用于其他场合的剪切带计算。     

块体金属玻璃的剪切带行为

0 引言玻璃态物质以纷繁多样的形式广泛存在于自然与科技技术领域[1-3].除了人们熟知的门窗上的硅酸盐无机玻璃、各种塑料制品的高聚物玻璃外,玻璃态还与光纤通讯、生物制品和生化药剂的保鲜存储、极端干燥条件下昆虫活性的保持等这些鲜为人知的方面密切相关.     

高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波

提出了高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波的传播机理,针对锯齿形切屑中热望性区域内的塑性梯度变形特征、动量和能量耗散情况,建立了与切削条件相关的热塑性剪切波的传播模型及剪切带宽度模型.在此基础上,通过淬硬45钢的切削实验并结合改进的Johnson-Cook本构模型分析了热塑性剪切波的传播规律,并将剪切带宽度模型与已提出的DB模型、WR模型和DM模型做了对比,结果表明,由热塑性剪切波传播理论推导的剪切带宽度模型与实验结果较其他模型吻合较好.     

非晶合金剪切带动力学行为研究

剪切带是一种材料塑性变形高度局域化的变形模式,广泛存在于非晶体系的形变中,控制着这些无序体系失稳、灾难性断裂行为.传统的非晶体系如岩石,胶体,玻璃和聚合物等因较差的力学性能以及过于复杂的结构而不利于剪切带的实验研究.近几十年来,非晶合金的出现极大丰富了剪切带的研究,推进了对剪切带的认识.通过大量非晶合金中剪切带的实验和理论研究,人们发现剪切带行为具有空间不均匀性和时间不连续性的特征,表现出复杂的动力学特征,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.同时,剪切带的性质尤其是其动力学行为对非晶合金的宏观力学行为和性能有重要的影响,对理解这类材料的微观变形机理也起着重要的作用.本文结合团队近年来在非晶合金剪切带行为方面的研究结果,对剪切带的运动行为和物理机制进行介绍,包剪切带间歇性运动行为、以及间歇性运动在表征其动力学性质中的作用以及物理机制,以及剪切带的自组织临界行为、物理机制等.最后对非晶合金剪切带行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

非晶合金剪切带动力学行为研究

剪切带是一种材料塑性变形高度局域化的变形模式,广泛存在于非晶体系的形变中,控制着这些无序体系失稳、灾难性断裂行为.传统的非晶体系如岩石,胶体,玻璃和聚合物等因较差的力学性能以及过于复杂的结构而不利于剪切带的实验研究.近几十年来,非晶合金的出现极大丰富了剪切带的研究,推进了对剪切带的认识.通过大量非晶合金中剪切带的实验和理论研究,人们发现剪切带行为具有空间不均匀性和时间不连续性的特征,表现出复杂的动力学特征,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.同时,剪切带的性质尤其是其动力学行为对非晶合金的宏观力学行为和性能有重要的影响,对理解这类材料的微观变形机理也起着重要的作用.本文结合团队近年来在非晶合金剪切带行为方面的研究结果,对剪切带的运动行为和物理机制进行介绍,包剪切带间歇性运动行为、以及间歇性运动在表征其动力学性质中的作用以及物理机制,以及剪切带的自组织临界行为、物理机制等.最后对非晶合金剪切带行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

考虑剪切变形的正交各向異性弹性平板近似理论

本文根据C.Libove与S.B.Batdorf关于考虑剪切变形的正交各向异性弹性平板理论建立了一种简化的二变量近似理論。假设横向剪切角r_x与r_y具有势函数φ(见式(2.9),总位能Π(式(2.8))可以通过两个独立函数即板的挠度w(x,y)与势函数φ(x,y)表出。在附录1中利用最小位能原理推出了w与φ的Euler微分方程(1.11)与边界条件(1.12)-(1.15)。計算了四边簡支的方板的一个特例的临界受压載荷,计算結果与Robinson根据文献[6]所作的結果的比較,表明其间的差异很小,如果各向异性的程度不过于显著的話。在附录Ⅱ中证明了,对于直线多边形各向同性簡支板来讲,无論是弯曲或稳定問題,本文結果恆与根据文献[6]的理諭得到的結果一致。区別了两种不同的自由边:“完全自由边”,其边界条件的形式如式(3.14);“加强自由边”,其边界条件形式如式(3.17)。对具有自由边的正交异性板的分析表明,一般說来,φ不能解释为剪切挠度。     

高速DSPI研究PLC剪切带成核演化过程

在适当的温度、应变率和预变形下,合金材料的拉伸试验中,将会出现伴随应力锯齿形跌落的雪崩式剪切变形带,即PLC(Portevin-Le Chatelier)效应。本文利用高速(1000 fps)数字散斑干涉法(DSPI),对不同加载应变率下,铝合金(LY10)试件中出现的连续(A-type)、间断(B-type)传播和随机(C-type)出现的三种PLC剪切带的瞬态成核与演化过程进行捕捉,通过对捕捉的试件表面系列散斑干涉图进行顺序相减处理,得到试件表面变形过程中位移的分布和演化系列条纹图。实验结果显示,对应于三种类型的剪切带,有两种主要的成核演化形式:1.A型剪切带的主要成核形式为先形成一个在观察平面上与拉伸轴方向成60°角并且横跨试件宽度的窄带,伴随着应力下落,剪切带开始沿自身宽度方向高速扩展达到最终宽度;2.对应于B、C型剪切带,先在观察平面上试件的一侧形成沿与拉伸轴方向呈60°角、长度约为最终长度一半的窄带。随着应力下落,带的前沿开始向试件的另一侧面沿自身长度方向传播,在传播过程中带逐渐沿自身宽度方向膨胀。带的前沿贯穿试件后,带开始高速膨胀,导致雪崩式剪切变形发生。     

软土的各向异性损伤对剪切带形成的影响

在软土各向异性弹塑性损伤模型的基础上,把小应变模型扩展到有限应变模型,推导出不排水平面应变条件下的剪切带形成条件,分析K0固结状态下各向异性损伤对剪切带形成的影响.以上海软土为例,分析临界状态参数β=0.9时,损伤变量D1,D2的不同组合的剪切角和简单剪切模量与有效平均主应力比(g/p')的关系曲线.计算结果表明,损伤变量越大,越接近不稳定状态,垂直方向损伤对剪切带的影响比水平方向的强烈. 特别指出无论土为横观各向同性损伤的情况,还是各向异性损伤的情况,在本文研究的条件下,不稳定状态(g/p'为最小值)相应两个剪切角约在50°和130°,这对研究弹塑性损伤对剪切带形成与变化有指导意义.     

随机剪切柱在地震激励下的演变随机响应

随机剪切柱是指固连于地面的剪切柱的某些物理参数是随机变量 ,该模型在Niigata地震激励下的响应属于演变随机响应。本文将新近发展起来的演变随机响应问题的统一解法 ,推广到用于求解随机结构振动响应问题。首先用这一方法求出每个样本结构的随机响应 ,然后用MonteCarlo法来进一步求随机结构的集合随机响应特性。这样 ,与单纯用Monte Carlo法进行数字模拟相比 ,可使计算工作量大为减少。本文用随机剪切柱的演变随机响应问题加以说明     

影响金属玻璃中剪切带行为的微观机制

论文对金属玻璃发生剪切失稳形成剪切带的行为进行了分析,得到了其发生剪切失稳时的临界自由体积浓度,预测结果与实验观察和模拟结果吻合;利用两种方法对其剪切带厚度进行了预测,结果表明基于剪切失稳临界波长预测金属玻璃剪切带厚度的方法只在发生剪切失稳后极短的时间内有效,对成熟剪切带厚度的预测必须考虑自由体积的扩散效应;考察了金属玻璃的宏微观材料参数对其剪切带厚度的影响及其微观机制,发现金属玻璃剪切带厚度对其宏观材料参数(泊松比)不敏感,对与剪切相变区相关的微结构参数敏感.     

层间剪切带工程地质专家系统知识模型的建立

层间剪切带工程地质专家系统是一个专门对层间剪切带工程地质问题进行研究和评价的实用型专家系统。本文介绍了为研制该系统而建立起来的领域知识结构模型, 该知识模型是在总结、归纳该领域三位著名专家的知识和经验的基础上建立起来的, 是专家系统知识表达及推理策略的基础。     

红外热成像技术测量绝热剪切带温度的综述

绝热剪切是材料在高应变率载荷作用下的热粘塑性本构失稳现象,与材料失效有着密切的关系。采用红外热成像技术测量绝热剪切带内的温度变化,将有助于研究金属材料在高应变率下的力学性能及变形机理。简述了红外热成像技术及其系统组成;着重介绍了近年来采用红外热成像技术测量绝热剪切带温度的研究现状;讨论了采用红外热成像技术测量温度变化的应用需求及系统的设计要求。     

含孔洞粘塑性材料剪切带的正交性条件

本文通过对粘塑性材料剪切带中含孔洞的代表体元的细观力学分析，得到了剪切带的宏观本构热和本构关系。采用上限方法，给出了多孔粘塑性材料正交流动法则存在的条件。     

带剪切型压电激励器的板的高阶剪切变形理论

利用压电材料固有的正，逆压电效应可以对结构变形和振动进行控制。与外加电场与极化方向平行于板厚度的压电材料的拉伸作动机制相比，外加电场与极化方向垂直的压电材料的剪切作动机制可以在作动器内产生较小的应力，从而降低作动器边界产生分层破坏的危险。本文对于压电材料的剪切作动机制进行研究，应用三阶剪切变形理论建立带剪切型压电激励器的智能层合板模型。采用哈密顿原理导出带剪切型压电激励器的层合板的控制方程。采用空间法得到了各种边界条件组合条件下板的解析解。数值算例对一三层板采用高阶和一阶剪切变形理论进行计算，结果表明两种理论所得的变形曲线很相似。但对于厚度剪切型激励器而言，由于激励器是引起板的剪切变形，而高阶剪切变形理论比一阶剪切变形理论能更好地反映结构的剪切应变能，因此高阶剪切变形理论可以提供板变形的更为精确的解。因此，对于厚度剪切型激励器，剪切变形理论的选取对于板变形结果的好坏有重要的作用。     

反平面剪切下带椭圆孔有限物体的应力集中

文中提出了一种复应力函数展开式,它适用于反平面剪切条件下带椭圆孔口有限物体的应力集中问题。这个展开式恒满足:(a)反平面剪切的全部弹性力学方程组,(b)椭圆孔口即内周界上的自由条件。此时,外周界上的边界条件是待满足的。利用广义变分原理,展开式中的全部待定系数都可以定出。文中计算了两个数值例子,得出了一些应力集中系数值,又从效值上讨论了解的收敛情况。计算表明,本文的方法是有效的。     

试样形状对轴承钢绝热剪切带微观组织的影响

绝热剪切带(ASB)的微观组织受试样几何形状的影响。对圆柱、帽形和剪切压缩型三种不同形状的试样进行分离式霍普金森压杆高速冲击试验,研究试样形状对轴承钢绝热剪切带的形成和微观组织的影响。结果表明,在应变率为1 800～3 100 s^-1的范围内,材料对应变率的敏感性很低。圆柱试样呈现明显的应变硬化,而帽形试样和剪切压缩型试样(SCS)在不同应变率下分别出现应变硬化和无应变硬化的特征,但流变应力并未因应变硬化而提高。试样形状对ASB的微观形貌和组织有很大影响。圆柱试样上产生了窄且细长的ASB,只发生了应变诱发的晶粒细化,属于形变ASB;帽形试样和SCS则形成大片状的ASB,由等轴晶组成,且发生了体心立方体(BCC)马氏体转变为面心立方体(FCC)奥氏体的相变,属于相变ASB。尤其是SCS中ASB的等轴晶,有非常清晰的晶界,是典型的动态再结晶晶粒。温升计算结果显示,圆柱试样ASB的温升远低于奥氏体相变温度,而帽形试样和SCS的温升高于马氏体的熔点,导致局部熔融。     

基于偶应力理论剪切带问题的弹塑性有限元分析

对于软化材料的剪切带问题,传统弹塑性有限元分析遇到了困难,进入弹塑性阶段,计算结果对网格划分敏感,出现所谓的有限元网格依赖性问题,随着网格的细分,计算常常因不收敛导致失效. 用有限元软件ABAQUS计算了3个例题,证实了传统弹塑性有限元分析软化材料剪切带问题的局限性,同时证实对于无剪切带的厚壁筒问题不会出现上述问题. 进一步引入细观非局部化理论,对非局部理论含有的细观参数\ell进行了深入讨论,并采用可通过C0 -1分片检验的18参偶应力三角形单元,重新计算了3个例题,结果避免了上述问题,说明细观偶应力有限元尤其适用于分析剪切带问题.