Effect of working temperature on the interfacial behavior of overmolded hybrid fiber reinforced polypropylene composites

In the present study, the interfacial behavior of overmolded hybrid fiber reinforced polypropylene composites (hybrid composites) in the working temperature range from 23 °C to 90 °C was studied by experimental and constitutive methods. Monotonic and cycle loading-unloading single-lap-shear tests were employed to determine the interfacial properties of hybrid composites. The experimental results show that both interfacial shear strength and shear stiffness decrease with increasing working temperature. A regression function was adopted to evaluate the decaying degree of interfacial properties with increasing working temperature. The shear stress-displacement relationship under monotonic loading exhibits nonlinear behavior after an initial elastic region. The envelope lines of shear stress-displacement of hybrid composites under cyclic loading indicate that the nonlinearity in the curve is caused by the plastic deformation of polypropylene in the interphase region. A constitutive model was built to describe the nonlinear shear stress-displacement relation of hybrid composites at different working temperatures. A full suite of temperature-dependent plastic parameters in the model was obtained from cyclic loading-unloading tensile tests. The predicted shear stress–displacement curves agreed well with experimental results from different working temperatures. In addition, the failure mode of hybrid composites varied with working temperature.     

碳纤维复合材料冲击模型率相关修正方法与试验研究

目前先进航空发动机的风扇叶片均采用复合材料结构,为了研究其在工作过程中可能受到的冲击损伤,即碳纤维增强树脂基复合材料受到高速冲击后的损伤与破坏过程,对其准静态下的正交各向异性本构模型和失效准则进行修正,建立了应变率相关的三维动态本构及损伤模型．该模型考虑了材料模量、强度和断裂韧性与应变率的相关性,并采用基于断裂韧性的渐进损伤模式对刚度进行折减来控制破坏过程．开展了不同应变率下的动态试验,得到基体方向拉伸与剪切的动态响应数据,拟合得到相应的动态修正因子．将该模型结合修正因子植入数值软件进行仿真计算,分析结果表明,所建立的率相关本构及损伤模型能够更准确地模拟层合板受冲击过程的损伤和破坏,与试验吻合较好．     

钽的层裂实验数值模拟

 采用连续介质力学基唯象模型模拟分析了钽的平板撞击层裂行为。该模型包括了材料的非线性弹性（状态方程）、率相关塑性和孔洞的形核及生长等多种效应,并且采用一种对角隐式Runge-Kutta方法来求解本构率方程组,提高了热粘塑性本构关系计算的稳定性及精度。将数值模拟结果和相关实验数据进行了对比分析,结果表明,对于样品中的拉应力峰值明显高于材料层裂强度的实验（中、高速平板撞击实验）,理论模型具有较好的预估能力,但对于临界层裂问题（低速平板撞击实验）,该模型对材料损伤与失效过程的描述可能不够准确,需要进一步改进。     

计及相变微结构演化的形状记忆合金本构描述

基于对NiTi形状记忆合金的实验观察及有限元分析,考虑两相间的应变不协调关系,采用应变修正法建立了计及片层状微结构的本构模型,本模型考虑了两相间的相互约束,及其约束随微结构演化的变化规律.研究了NiTi形状记忆合金微圆管在拉伸和扭转下的响应特性.计算结果与实验结果的对比表明所建本构模型较好地描述了伪弹性响应尤其是较好地描述了拉伸实验过程中的应力跌落现象.     

THE RATE-INDEPENDENT CONSTITUTIVE MODELING FOR POROUS AND MULTI-PHASE NANOCRYSTALLINE MATERIAL

To determine the time-independent constitutive modeling for porous and multiphase nanocrystalline materials and understand the effects of grain size and porosity on their mechanical behavior, each phase was treated as a mixture of grain interior and grain boundary, and pores were taken as a single phase, then Budiansky's self-consistent method was used to calculate the Young's modulus of porous, possible multi-phase, nanocrystalline materials, the prediction being in good agreement with the results in the literature. Further, the established method is extended tosimulate the constitutive relations of porous and possible multi-phase nanocrystalline materials with small plastic deformation in conjunction with the secant-moduli approach and iso-strain assumption. Comparisons between the experimental grain size and porosity dependent mechanical data and the corresponding predictions using the established model show that it appears to be capable of describing the time-independent mechanical behaviors for porous and multi-phase nanocrystalline materials in a small plastic strain range. Further discussion on the modification factor, the advantages and limitations of the model developed were present.     

基于八面体理论的岩石循环加-卸载本构模型及修正

探究岩石的受力特点及破坏特性是研究岩石地下工程安全性的关键,诸多学者都期望能在岩石本构模型的研究上取得突破性进展。在此背景下,提出了一种能够描述循环加-卸载条件下岩石的本构模型。首先,假设岩石的微元强度服从八面体剪应力理论并且微元破坏服从Weibull概率公式,将岩石本构中的损伤变量以及岩石微元强度表达式里包含的损伤因子进行本构变换,得到关于应力、应变等其他表现加-卸载下岩石损伤本构模型的参数,表示出岩石微元强度和损伤变量,再将得到的岩石微元强度和损伤变量代入所提出的岩石本构模型中,并进行等式变换得到一个函数表达式。通过将其与实验数据进行拟合对比分析,得出修正后的拟合参数,将其代入函数式中,得到损伤本构模型的修正式。最后将拟合参数进行必要的敏感性分析,得出各拟合参数的实际物理意义。     

综合考虑宏细观缺陷的岩体动态损伤本构模型

针对节理岩体同时含有节理、裂隙等宏观缺陷及微裂隙、微孔洞等细观缺陷的客观事实, 提出了在节理岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏细观缺陷的观点。为此, 首先对基于细观动态断裂机理的经典岩石动态损伤本构模型—TCK(Taylor-Chen-Kuszmaul)模型进行了阐述, 其次基于Lemaitre等效应变假设推导了综合考虑宏细观缺陷的复合损伤变量(张量), 进而在此基础上建立了相应的节理岩体动态损伤本构模型, 并利用该模型讨论了载荷应变率及节理条数对岩体动态力学特性的影响规律。结果表明, 在不同载荷应变率下试件在变形初始阶段是重合的, 而后随着应变的增加, 试件峰值强度、峰值应变及总应变均随载荷应变率的增加而增加; 随着节理条数的增加, 试件峰值强度逐渐降低, 但降低趋势逐渐变缓并趋于某一定值。上述研究结论与目前的理论及实验研究结果的基本规律是一致的, 说明了本模型的合理性。     

基于裂纹扩展脆性岩石动力压缩力学特性研究

动态压缩荷载作用下,脆性岩石内部动态细观裂纹扩展特性,对岩石宏观动态力学特性有着重要的影响。然而,对岩石内部动态细观裂纹扩展与宏观动态力学特性的关系研究较少。基于准静态裂纹扩展作用下的应力-应变本构模型、准静态与动态裂纹扩展断裂韧度关系、裂纹速率与应变率关系模型及应变率与动态断裂韧度关系,提出了一种基于细观力学的动态应力-应变本构模型。其中裂纹速率与应变率关系,是根据裂纹长度与应变关系的时间导数推出;应变率与动态断裂韧度关系,是根据推出的裂纹速率及应变率关系,与裂纹速率及断裂韧度关系相结合而得到。研究了应变率对应力-应变本构关系及动态压缩强度影响。并通过试验结果验证了模型的合理性。讨论了岩石初始损伤、围压、模型中参数m、ε0和R对应力-应变关系、动态压缩强度和动态弹性模量的影响。研究结果可为动态压缩荷载作用下深部地下工程脆性围岩稳定性分析提供了一定的理论支持。     

循环加载作用下皮肤应力软化的连续介质模型

皮肤组织作为富含纤维的非均匀材料,具有复杂的力学特性．皮肤组织在循环加载作用下,随着循环次数的增加,加载过程的应力响应逐渐降低,并最终达到不随循环次数增加而改变的稳定状态,这种现象被称为应力软化行为．本文对加载过程中纤维的延展机制对宏观力学响应的影响进行研究,认为在外界载荷较小时该机制主导了宏观层次上的应力软化行为,随着外界载荷的增大,拉伸过程中微观结构损伤的演化开始产生影响,而且此时内部微观结构的演化由两种机制共同影响,据此建立了连续介质模型,将宏观尺度上应力软化行为和微观结构的演化相关联．将所获得的应力响应理论结果与猪离体头部皮肤在循环加载作用下的实验结果进行对比分析,证明了该模型能够合理地描述皮肤组织在循环加载作用下的应力软化行为．     

各向异性本构关系在板料成形数值模拟中的应用

对几种能表达面内各向异性的屈服准则Hill、Barlat-Lian、Barlat进行了比较。以弹性变形服从各向同性广义虎克定律的情况下，给出了基于张量算法推导的弹塑性本构关系的一般表达式，并由此导出了相应屈服准则的弹塑性本构关系的显式表达。借助ABAQUS软件本构模块用户子程序接口，分别实现了这些屈服准则在ABAQUS的嵌入。以模拟方形盒的拉延过程为例，分析了不同的屈服准则在板料成形过程数值模拟中的应用。模拟结果表明，基于弹塑性本构关系一般表达所列出的相应屈服准则的显式表达式是正确的；在采用壳元来模拟板料成形时，采用Barlat准则的模拟结果和采用Barlat-Lian准则的结果差别不大。