惯性对多孔金属材料动态力学行为的影响

 对泡沫金属材料的力学性能已经进行了十分广泛的研究,但在对泡沫金属的应变率效应和惯性效应的研究中,尚存在一些矛盾的结论。为进一步认清惯性在多孔金属动态响应中的作用,用有限元计算方法模拟了二维Voronoi蜂窝的动态压缩行为,得到了不同速度下Voronoi蜂窝的3种变形模式。通过改变基体材料的密度和冲击速度进行“数值实验”,得到了相应“试件”的由冲击面和支撑面得到的宏观平均应力应变曲线和平台应力。根据数值模拟的结果,着重分析了惯性效应的影响。研究发现,惯性并不影响蜂窝的应力应变曲线,但它导致试件中宏观变形不均匀,是平台应力提高的主要原因。     

准脆性材料的细观损伤演化模型

针对以缺陷密度为参量的细观损伤演化模型的局限性 ,着重研究了微裂纹尺寸对损伤演化的影响。提出了含三相正交分布等尺寸微裂纹的准脆性材料稳定扩展的细观损伤演化模型。给出了微裂纹特征尺寸随应力变化的显式表达式 ,并由此得到了含微裂纹的准脆性材料损伤本构关系。通过实例 ,对初始含有相同密度、不同尺寸和数量的微裂纹的两种混凝土材料在单向拉伸载荷下的损伤演化进行了数值计算和比较。结果证实 :含大尺寸微裂纹的材料损伤发展较快 ,相应地 ,加载到同一应力水平时 ,具有较大的应变     

A Thin Liquid Film and Its Effects in an Atomic Force Microscopy Measurement

Recently, it has been observed that a liquid film spreading on a sample surface will significantly distort atomic force microscopy （AFM） measurements. In order to elaborate on the effect, we establish an equation governing the deformation of liquid film under its interaction with the AFM tip and substrate. A key issue is the critical liquid bump height yoc, at which the liquid film jumps to contact the AFM tip. It is found that there are three distinct regimes in the variation of yoc with film thickness H, depending on Hamaker constants of tip, sample and liquid. Noticeably, there is a characteristic thickness H^＊ physically defining what a thin film is; namely, once the film thickness H is the same order as H^＊, the effect of film thickness should be taken into account. The value of H^＊ is dependent on Hamaker constants and liquid surface tension as well as tip radius.     

TiNi合金的动态伪弹性行为和率相关相变本构模型

采用万能材料试验机和SHPB实验技术对TiNi形状记忆合金在10-3s-1和102s-1应变率下的伪弹性相变行为进行了实验研究。实验数据表明:TiNi合金的相变过程具有应变率效应,其原因主要是相变阻力受应变率影响应变率越大,相变阻力越大。在三线性热弹性相变模型的基础上,考虑了应变率对相变阻力的影响,并给出了相变阻力的具体形式,建立了一个一维率相关相变本构模型。模型对TiNi合金相变行为的模拟与实验数据吻合较好。     

斜入射透射焦散线测量误差的数值分析

本文根据程函理论，用空间解析几何方法，推导了在ｘ－ｚ或ｙ－ｚ平面内斜入射的平行光线在含Ⅰ型裂纹透明材料中传播的方程，并通过数值解对其形成的焦散线的畸变进行了分析，给出了几种典型透射材料中由于斜入射造成的焦散线直径的偏差曲线     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为。计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型。钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson Cook模型。为了得到不同尺度的变形信息 ,计算中用了两种网格 ;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌 ;接着 ,用细密网格 (在变形局部化区域 ,网格尺寸达到 10 m)分析绝热剪切带的形成和发展。有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致。计算结果表明 ,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关。     

幂次型表面的轴对称弹性体之间的吸附接触

关于微纳米尺度下的接触行为,已有几种模型.考虑到原子力显微镜针尖、纳米压头、生物附着体的表面形状,将建立在近球形表面基础上的完全自洽模型,推广到具有幂次型表面的轴对称弹性体,并化简为关于形状指数n和广义Tabor数μ这2个参数的无量纲形式.采用表面中心间距控制法、Newton-Raphson迭代方法和Riemann-Stieltjes积分,改进了完全自洽的数值方法.对于Lennard-Jones作用势,数值计算了形状指数n为1,1.5,2和3时,若干不同广义Tabor数的完整载荷-位移曲线.结果表明,对于任意有效的形状指数,在广义Tabor数较大时,完整载荷-位移曲线都具有S形特征,对应于位移控制模式下的突跳和滞后现象.对于任意有效的形状指数,拔出力从扩展Bradley极限过渡到扩展JKR极限,称为扩展MYD转变.     

瞬态热丝法固体导热系数测量的数值模拟(英文)

用瞬态热丝法测量固体导热系数时,如采用两块试样夹持热丝进行测量,必须考虑试样间必然存在的空气间隙的影响。本文绘出了对这一问题的数值模拟。结果表明,在所考虑的条件下,空气间隙对测量精度的影响小于1%。所得数据可作为误差分析的依据。     

多孔材料吸能行为对相对密度和冲击速度的依赖性

多孔材料是一种优异的吸能缓冲材料,但由于其变形模式的非单一性以及动态应力应变曲线的难获取性,其吸能行为对相对密度和冲击速度的依赖性关系还并不完全明朗。本文基于不需要提前作本构假定的波传播法,开展了多孔材料的吸能行为研究。采用多孔材料的细观有限元模型进行Taylor冲击虚拟实验,获取全场质点速度时程曲线,结合Lagrange分析法得到多孔材料的局部应力应变信息,进而探讨了动态吸能性能对材料相对密度和冲击速度的依赖性。研究结果表明多孔材料的吸能行为可依据变形模式分为三个阶段。在冲击模式下,多孔材料单位体积吸能与相对密度成线性增加关系,此时惯性起主导作用;在过渡模式下,惯性的主导作用减弱,单位体积吸能量的增加速率随相对密度的增加而减弱;在准静态模式下,多孔材料只能发生微小的变形,其吸能很少。本文进一步获得了区别于多孔材料准静态应力-应变曲线的动态应力-应变状态曲线,并考察了其与相对密度之间的关系。结果表明：随着相对密度的增加,多孔材料的动态压实应变将变小,而动态塑性平台应力将提高。     

梯度多胞牺牲层的抗爆炸分析

运用一维非线性塑性冲击波模型和细观有限元模型对密度梯度多胞牺牲层的抗爆炸性能进行了分析。基于率无关的刚性-塑性硬化模型,建立了描述冲击波在多胞牺牲层中传播的控制方程,分别给出了正、负密度梯度多胞材料在指数型爆炸载荷作用下的响应特性。研究了可正好吸收爆炸能量的梯度多胞牺牲层的临界厚度与载荷强度、覆盖层质量、多胞材料的密度梯度等参数之间的关系,给出了以临界厚度和支撑端应力峰值为指标的密度梯度设计图。运用二维细观有限元模型验证了基于非线性塑性冲击波模型的抗爆炸分析的有效性。