考虑运动硬化的DD3镍基合金力学行为研究

详细介绍了镍基合金的晶体塑性本构模型,在Asaro大变形晶体塑性框架下,详细介绍了镍基合金的晶体塑性本构模型,在Asaro大变形晶体塑性框架下,引入了运动硬化规律,考虑了温度和应变率对晶体塑性变形的影响,通过针对每个滑移系考虑屈服准则和流动规律建立了晶体塑性模型. 对积分过程进行了推导,通过编写ABAQUS材料用户子程序(UMAT), 实现本构模型的有限元积分算法. 在此基础上模拟了DD3镍基单晶合金在单轴拉伸和循环载荷下的响应,并与实验数据进行了对比. 利用该模型可以很好地模拟镍基单晶所具有的各向异性特性,体现了镍基单晶在循环载荷作用下的拉-压不对称性.      

天然气管道止裂构件的分析和设计

在钢制天然气输送管道上，经常应用机械止裂构件来防止可能发生的裂纹迅速扩展事故，这些止裂构件的作用是减小管壁开裂后的张开变形，降低裂纹驱动力的峰值，其结果使止裂可能发生，这被认为是在不能阻止裂纹起裂的情况下，防止裂纹扩展灾难性破坏的第二道防线，基于流体／结构／断裂耦合计算程序ＰＦＲＡＣ，该文发展了分析这些止裂构件的方法，推导含平面初曲率三维曲梁的动力学有限元模拟并结合入ＰＦＲＡＣ程序之中，用来模拟这     

高韧性管道动态断裂的气体减压模式和材料韧性研究

天然气管道上动态裂纹扩展包含气体、结构和断裂的相互作用．因此，分析射流场分布特性及其与管壁开裂变形的相互作用是数值模拟过程的关键问题．随着钢管韧性等级的迅速提升和气体压力的不断提高，原有的经验公式乃至算法多数不再适用，亟需通过理论、试验和数值模拟给出新的扩展与止裂判据，以控制裂纹在管道上扩展的速度和距离．本文通过一系列的韧性试验校正了现行的管材韧性判定办法，并对不同工况下的裂纹动态扩展以及超声速射流场进行了数值仿真，以建立一套工程适用的评价体系。     

频域有限元计算的扩展面向目标误差估计

研究了针对频域有限元直接动态分析的面向目标误差估计以及误差范围估计计算方法．面向目标的误差估计方法就是专门针对如何准确和经济地估算特定值误差的一种方法,利用原问题的共轭偶问题进行计算．频域有限元的直接动态分析是模拟频域扫描实验的一种计算方法,专门针对谐振激励的线性动态响应问题,利用将原自由度分解为实部和虚部描述频率的变化,从而计算变形体的动态响应．利用扩展针对有限元的面向目标误差估计的自由度,将该方法应用到直接动态分析中进行误差估计．通过建立同时包含实部和虚部自由度的能量弱形式及偶问题,并将其数值实现,估算频域直接动态分析有限元解的误差及误差范围,并通过悬臂梁的激振算例进行了验证．     

Goal-oriented error estimation applied to direct solution of steady-state analysis with frequency-domain finite element method

Based on the concept of the constitutive relation error along with the residuals of both the origin and the dual problems,a goal-oriented error estimation method with extended degrees of freedom is developed.It leads to the high quality local error bounds in the problem of the direct-solution steady-state dynamic analysis with a frequency-domain finite element,which involves the enrichments with plural variable basis functions.The solution of the steady-state dynamic procedure calculates the harmonic response directly in terms of the physical degrees of freedom in the model,which uses the mass,damping,and stiffness matrices of the system.A three-dimensional finite element example is carried out to illustrate the computational procedures.     

页岩水力压裂中多簇裂缝扩展的全耦合模拟

水平井和水力压裂是页岩气开发中的关键技术。对水力压裂中多簇裂缝同时扩展的物理过程进行了数值模拟。采用扩展有限元法(XFEM)模拟岩石中裂缝沿着任意路径扩展,采用有限体积法(FVM)模拟裂缝中流体的流动,并且考虑井筒中流体流动以及在各簇裂缝间的流量动态分配。通过牛顿迭代对全耦合物理过程进行数值求解,重点研究了初始长度不同的两条裂缝的扩展过程,证明较大的射孔摩阻能促进两条裂缝的同时扩展。并通过算例证明了本方法的精度和有效性。     

高温SHPB实验温度修正的差分方法

将波在具有温度梯度的波导杆中运动的控制方程离散,利用差分格式编写程序,根据杆上任意一点的应变信号,计算出当波传到杆上其它任意点处的应变信号。设计实验,验证了该方法的正确性。此方法可应用于高温Hopkinson实验中,即:在波导杆上处于室温的某处粘贴应变片,由该应变片采集的应变信号,计算出试件与波导杆接触处的高温区的应变信号,利用此应变信号即可获得高温Hopkinson实验中试件的应力-应变关系。     

页岩油气高效开发中的基础理论与关键力学问题

我国页岩油气开发刚刚起步,许多基础理论和关键科学（力学）问题亟需明确和解决．本文按页岩油气开发的全过程自然地将其分为四个相互关联的科学问题展开介绍和讨论,包括：页岩工程地质力学特征与预测理论,地质力学找到气;多重耦合下的页岩油气安全钻井完井理论,钻井完井够到气;页岩地层动态随机裂缝控制机理与新概念压裂理论,体积压裂释放气;页岩油气多尺度渗流特征与开采理论,解吸运移产出气．本文提出用水力压裂创造页岩传气能力,用气体二次压裂页岩基质来解决气源问题,实现水力压裂创造的页岩传气能力与页岩基质气体供应能力相匹配,避免“断气”现象发生,最终达到页岩气可持续性开采．解决这些关键科学（力学）问题可以为页岩油气高效开发奠定可靠的基础,具有重要的理论意义和应用前景．     

基于点缺陷扩散理论与离散位错动力学耦合的位错攀移模型研究

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型. 利用此模型我们模拟了单个及多个棱柱型位错环的收缩变形过程,发现影响位错攀移速率的决定因素不是传统理论认为的机械攀移力,而是位错周围(体扩散)及位错段上(管扩散)的空位浓度梯度. 该模型也能够完全重现棱柱型位错环群的粗化过程中不同位错环半径及晶体内平均空位浓度随时间变化的三个阶段. 关键词： 位错攀移 点缺陷扩散理论 位错动力学 棱柱位错环     

板带钢热连轧及微观组织演变非线性三维仿真

普碳钢热连轧成形过程是一个高度非线性的问题,存在几何非线性,材料非线性和接触非线性. 本文针对上海宝钢2050热连轧生产线进行研究,通过实验确定SS400钢的真应力-应变曲线,确定该钢种的变形抗力与温度、应变、应变率的关系,对有限元软件ABAQUS进行二次开发,将率相关的各向同性强化变形抗力模型写入用户材料子程序,对轧制过程中的温度场,应力-应变场进行完全热力耦合的分析. 同时,对轧制过程中工件微观组织(晶粒度)的演变过程进行数值模拟,从而为保证成形件的质量、制定合理的成形工艺等提供可靠依据,同时为最终实现产品性能的在线数值预报奠定基础.