钛合金TC-4在高应变率下的动态本构关系

利用分离式Hopkinson扭杆对钛合金TC-4进行了高应变率下动态剪切本构关系的实验研究。结果表明TC-4对应变率高度敏感,对应变率的敏感性随应变率的提高而增加。其动态应力应变关系呈线性强化形式。但动态强化模量随应变率的提高而略有减少。采用Malvern给出的过应力模式_p={exp[(1/)(-f())]-1}/b可以较好地描述TC-4的动态剪切本构关系。     

The “decaying springs” model for irreversibility in polymer melts

In this work, entanglements in a polymer melt are modeled as a system of parallel springs which form and decay spontaneously. The springs are assumed to be nonlinear, and a certain fraction of them is torn apart by a certain strain.Based on these assumptions, a model of behavior in simple shear is developed. This model is shown to predict a behavior comprising that of a Wagner fluid, and is generalized to a tensorial model of single integral type. The integrand depends on a product of a material function, modeling reversible behavior, and a material functional which takes irreversible processes into account.Irreversibility of network disentanglement, which may occur when deformation changes or reverses direction, can be modeled in this way. It is shown that the two well-known Wagner constitutive equations with and without irreversibility assumptions are special cases of the model developed. In case of a deformation which does not change directions, the new material function and the material functional are multiplied to yield Wagner's damping function.When the rate of spring formation is a function of temperature, the developed model is shown to predict thermorheologically simple behavior. A constitutive equation for non-isothermal flow of polymers is developed with this assumption.     

CONSTITUTIVE MODELS AND HYPERGRAVITY PHYSICAL SIMULATION OF SOILS$^{\bf 1)}$

数值模拟和物理模拟是分析土体沉降和稳定性的主要手段. 本构模型作为描述土体应力应变关系的数学表达式, 是数值模拟的基础. 土体具有碎散性, 这一基本物理特性导致了其具有压硬性、摩擦性和剪胀性, 这是土的力学特性区别于金属的主要特征, 在土体的本构模型中必须反映这3个基本特性. 传统土力学将土体的变形和强度分离考虑, 分别采用弹性理论和基于刚塑性模型的极限平衡理论分析, 虽然应用广泛, 但由于不能全面地反映土的基本力学特性, 计算结果的精度常常难以满足定量分析的需要. 剑桥模型作为第一个全面反映压硬性、摩擦性和剪胀性的弹塑性本构模型, 实现了变形和强度的统一, 能较好地描述饱和正常固结黏土的应力应变关系, 被视为是现代土力学的开端; 统一硬化模型通过引入一个独特的硬化参数进一步发展了剑桥模型, 将适用范围扩大到超固结黏土. 作者认为, 未来岩土体本构模型研究的挑战是: 如何考虑岩土体在受力过程中土骨架相变与多场耦合, 以解决目前本构模型尚无法定量分析的能源、交通、环境和水利相关的重大岩土工程问题. 超重力物理模拟具有缩尺效应和缩时效应, 克服了常重力物理模拟中模型的应力水平低于原型的缺点, 特别适用于大尺度、长历时问题的模拟. 相较数值模拟, 超重力物理模拟的优势在于能够检验本构模型的合理性, 揭示本构模型无法描述的未知特性. 最后, 介绍了采用数值模拟和物理模拟联合分析大直径钢管桩水平受荷特性的工程案例.     

ANISOTROPIC STRENGTH CRITERION BASED ON T CRITERION AND THE TRANSFORMATION STRESS METHOD 1)

岩土材料通常呈现出成层水平分布特点, 即可将其视为横观各向同性材料, 横观各向同性对于岩土材料的变形以及强度值都会产生显著的影响. 基于已提出的t强度准则, t强度准则是基于各向同性单元体中存在有效滑移面来构建的, 并根据该空间有效滑移面上主剪应力与主法向应力的比值达到一定阈值为破坏条件. 在空间中存在有效滑移面与物理沉积面, 基于上述两个面在空间的位置关系, 用两面夹角作为表征横观各向同性对剪切强度影响程度的参量, 并假定当该夹角值越大, 则各向异性对强度贡献程度越大, 对应更大的应力比强度值, 反之, 则对应更小的应力比强度值. 基于上述思路并类比将其推广为正交三维各向异性准则, 基于三维各向异性材料的三维沉积面, 提出了三维特征沉积面的概念, 并基于空间滑移面与三维特征沉积面之间的夹角作为度量各向异性程度的变量, 提出了基于两面角作为参量考虑原生各向异性的应力比强度公式, 并利用该应力比强度公式来修正已提出的t强度准则, 最终建立了考虑各向异性影响的t准则公式. 在上述准则基础上, 考虑将各向异性应力空间转换为各向同性应力空间的思路, 在各向异性t准则基础上, 推导得到了基于各向异性强度t准则的变换应力公式, 利用变换应力公式可以将传统的以p, q为变量的各向同性本构模型转变为可考虑各向异性的三维本构模型. 通过对岩土材料的强度以及真三轴条件下的应力应变关系试验数据预测, 验证了所提的各向异性t准则及其变换应力公式的有效性及适用性.     

强冲击载荷作用下钢筋混凝土本构关系的研究

基于复合材料细观思想,通过研究钢筋混凝土代表性体积单元,提出了理想情况下钢筋混凝土本构关系可由混凝土材料粘弹性本构关系与一个依赖于增强钢筋材料特性的常量G的乘积确定的思想;假设损伤只发生在混凝土材料内部,并给出了一般的损伤演化方程.由此得到了单向加筋、正交双向加筋和正交三向加筋混凝土的损伤型动态本构关系.数值拟合表明,理论预示曲线与试验结果曲线吻合良好.     

一种岩石概率型本构及其应用

在岩石材料非均匀特性的基础上,建立了弹塑性概率材料本构．认为材料单元的切线模量与破坏强度都是服从二参数Weibull分布的随机量,通过用户材料子程序将该本构导入到LS—DYNA3D中,推导了程序流程,分析了导入过程中的关键技术．算例验证表明,应用该本构模拟得出的现象与实验观测完全一致,这是确定性本构无法实现的．     

带尾翼的翻转型爆炸成形弹丸的三维数值模拟

利用LS-DYNA三维动力有限元程序对三点起爆的翻转型EFP形成过程及三个尾翼进行了数值模拟。计算结果与实验结果的比较表明：数值计算结果和实验结果吻合较好,可为弹丸优化设计提供重要参考依据。对药型罩材料分别选择Johnson-Cook和Steinberg两种本构模型进行了数值模拟。计算结果表明：药型罩材料的本构模型选取对形成的尾翼效果有一定影响,Steinberg本构模型与实验结果符合更好。     

考虑中间主应力效应的损伤钢管混凝土构件承载力分析

混凝土三参数统一强度理论在Haigh-Westgaard空间的偏平面上的边界线为十二边形,通过调整中间主应力的影响系数消除角点的奇异性,根据相关流动准则推导基于标量损伤的弹塑性本构方程,考虑了混凝土材料的随动强化效应,结合塑性损伤理论给出了应力计算的数值方法,编制了相应的Fortran语言程序,并将其用于钢管混凝土构件承载能力的计算,计算结果验证了所用模型的预测能力。     

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.     

延性材料平面冲击波基本实验数值模拟的若干问题

假设屈服强度正比于剪切模量,分别构建了四种强度模型,并用于数值模拟Ly12铝的平面冲击波试验的质点速度剖面以及钨合金的平面冲击波试验的锰铜计应力记录.研究发现,基于Steinberg等的屈服强度模型比较符合实验.还对平面冲击波试验的层裂现象进行了简化的数值模拟,其中,采用了该文作者所提出的一种基于空穴聚集的层裂模型,该模型的特点是分别引入了层裂过程的早期及后期应力松弛方程.