Numerical Investigation of Large Elastoplastic Strains of Three-Dimensional Bodies

A method of stress—strain analysis of elastoplastic bodies with large displacements, rotations, and finite strains is developed. The incremental loading technique is used within the framework of the arbitrary Lagrangian—Eulerian formulation. Constitutive equations are derived which relate the Jaumann derivative of the Cauchy—Euler stress tensor and the strain rate. The spatial discretization is based on the FEM and multilinear three-dimensional isoparametric approximation. An algorithm of stress—strain analysis of elastic, hyperelastic, and perfectly plastic bodies is given. Numerical examples demonstrate the capabilities of the method and its software implementation __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 6, pp. 36–43, June 2005.     

A numerical approach to spherical indentation techniques for material property evaluation

In this work, some inaccuracies and limitations of prior indentation theories, which are based on experimental observations and the deformation theory of plasticity, are investigated. Effects of major material properties on the indentation load-deflection curve are examined via finite element (FE) analyses based on incremental plasticity theory. It is confirmed that subindenter deformation and stress-strain distribution from deformation plasticity theory are quite dissimilar to those obtained from incremental plasticity theory. We suggest an optimal data acquisition location, where the strain gradient is the least and the effect of friction is negligible. A new numerical approach to indentation techniques is then proposed by examining the FE solutions at the optimal point. Numerical regressions of obtained data exhibit that the strain-hardening exponent and yield strain are the two key parameters which govern the subindenter deformation characteristics. The new indentation theory successfully provides a stress-strain curve and material properties with an average error of less than 3%.     

透平机械离心压缩机和离心泵叶轮动力分析的三维旋转循环对称CN群算法

以离心压缩机叶轮为例,建立三维有限元模型,采用循环对称CN群算法计算了它的动力特性,详细讨论离心力作用下叶轮的应力状态,分析与轴连接的不同方式对叶轮应力的影响。应用循环对称算法能大大减少建模与计算的工作量,有很好的实用价值。计算结果表明,离心压缩机叶轮在旋转中,叶轮外缘应力比较高,轮盖上的应力较轮盘上的应力大,叶片根部容易产生应力集中,应采用适当的园角避免应力集中,过盈配合的叶轮内孔处应力比较大,需要确定合理的过盈量,既要保证叶轮不松动也要保证叶轮内孔处的强度条件。     

芯片封装焊球连接疲劳寿命预测分析--能量法和有效应变法之比较

研究了目前常用的两种芯片封装焊球连接的寿命预测方法一能量法和有效应变法。对焊球连接的材料本构关系进行了对比分析，并利用FORTRAN语言编制了相应的材料本构模型子程序，将其与有限元仿真工具ANSYS耦合，实现了将焊球连接的材料本构模型用户子程序导入到ANSYS的材料库。在此基础上模拟了三维芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球结构，在热循环条件下(-40～ 125℃的工作状态，并分别利用能量法和有效应变法对焊球连接的寿命预测进行了比较分析，最后对两种方法作出了评价。     

改进的小损伤结构动力学有限元建模方法

在遗传算法或神经网络方法识别结构损伤位置和程度时,都是基于少量的在线测量的损伤结构振动响应数据和大量的模型仿真数据来实现的,因而建立高效和精确的损伤结构动力学有限元模型,以便仿真获得损伤结构的大量动力学响应数据是十分重要的基础前提工作。本文针对ANSYS结构分析软件在建立结构小损伤有限元动力学模型存在两个关键问题,结构损伤处直接网格划分的计算结果误差和网格节省问题,以结构损伤振动检测的实际需要为出发点,提出了建立含小损伤结构的ANSYS动力学建模技术,研究了结构局部小损伤及其位置与所在处单元刚度矩阵变化的数量关系。     

Neumann随机有限元的一种推广形式

针对Monte—Carlo随机有限元,研究在多样本环境下如何提高单样本计算效率的问题。证明了关于线性问题Neumann随机有限元法的算法与线性系统的等刚度迭代法是一致的;在此基础上,将迭代效率更高的算法一预处理共轭梯度法引入线性Monte—Carlo随机有限元系统,建立了相应的有限元列式;最后,利用两个算例比较了本方法与Neumann随机有限元法,结果显示随着随机变量离散度的增大,Neumann法的计算效率急剧下降,而本方法的计算效率表现稳定;对于离散度不太大的随机变量,Neumann法已经不收敛,而本方法在随机变量离散度很大的情况下,仍然保持很好的收敛性。     

矩形板结构损伤的分区域神经网络识别方法

通过引入LM优化算法,针对矩形薄板中对称结构的损伤识别问题,提 出了一种基于神经网络的分区域分步识别方法. 对于预测输出量比较多且对预测精度要求比 较高的问题,常会出现网络训练时收敛速度慢、网络预测精度低,并且当网络训练达到目标 误差时,输出的预测量中常有某个输出量的误差还很大的情况. 针对这些问题,利用选 取的组合输入参数,提出了基于神经网络的分区域识别方法. 通过对悬臂板结构的数值模拟 结果表明：提出的分区域识别方法对结构损伤的分区和预测是可行和有效的, 其预测精度要明显的高于只用单个网络的预测结果,并且预测子网络对损伤的位置和程度是 同步输出的,从而避免了传统分步识别理论中子网络过多的问题.     

动态J积分及Rice J积分一致性比较与分析

首先回顾了动态J积分的发展进程,然后给出了两种常用动态J积分和Rice J积分的数学计算式,并对它们的一致性加以讨论,由此提出一种广义J积分的定义。然后通过算例,基于ANSYS软件,建立平面应变情形下纯I型中心裂纹模型,并利用编写的APDL程序计算了各个J积分,通过结果比较,进一步验证了在动态加载条件下,动态J积分比Rice J积分具有更好的路径守恒性,但仍可以看出它们的取值具有一定的一致性。最后,通过J积分间接法和裂尖位移外推法分别计算裂纹动态应力强度因子,所得结果吻合很好,验证了编写程序的正确性。     

某软土深基坑工程时间效应有限元分析

软土地区的深基坑因土体的固结作用和流变性而具有了时间效应。本文以Biot固结有限元法为基础,用三元件模型中的第一个线性弹簧模拟固结作用,弹性模量考虑了开挖应力路径和应力历史的影响;另外一部分(KELVIN模型)来模拟土体的流变性,以实际变形的反演来得到两个参数的大致取值,再对基坑的变形情况以及进一步开挖进行分析。假定为正常固结饱和粘土,平面应变问题。通过对某饱和软粘土地基深基坑开挖工程实例的分析,得到的挡墙水平位移曲线与实测曲线很吻合,表明程序较好地反映出基坑的时间效应。     

Cold compaction of ceramic powder: Computational analysis of the effect of pressing method and die shape

This paper deals with a computational analysis of the influence of the pressing method and part geometry on the final density distribution in the cold compaction process of ceramic alumina powders. The analysis is based on the explicit finite-element model proposed and validated in a previous study. The mechanical behavior of the processing material is described using a multisurface elastoplastic model, the modified Drucker-Prager/Cap model Published in Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 10, pp. 129–134, October 2007.