论流变断裂学的理论基础Ⅱ——粘弹正交各向异性和裂纹尖端弹粘塑性衰坏区

在本文,假设材料对于因裂纹扩展而发生的应力和应变变化是线粘弹性的。应用Sobotka的二维流变模型,推导出由材料非匀质性引起的具有流变效应的非对称剪切形变本构方程。其次,建立了粘弹性裂纹体裂纹尖端衰坏区弹粘塑性边界值问题的解的变分法。衰坏区的粘塑特性取决于局部粘塑性势,此局部粘塑性势确立了广义塑性应变率与广义应力间的关系。提出了容许应力历史空间内广义应力场的几何结构。这种结构直接包含广义应力历史的极值原理。这里,用广义应力和应变历史列出了边界值问题的公式,并给出解的存在的充要条件。     

某导弹弹托热流变机制及成形过程分析

本文用热变加工的观点讨论了导弹弹托的热流变机制和成形过程。本文中,材料被认为是具有微极特性的广义连续介质。基于弹粘性微极理论,在本构方程中加入反映材料屈服特性的项λ_p,并将弹一粘性微极本构方程推广为弹一粘一塑性微极本构方程。根据这些条件,得到了描述材料在模腔内流动的基本方程,并建立了柱坐标形式下的流动方程。     

粘弹性材料中的热量生成率函数及温度场控制方程

对均匀、线性、具有时温等效性的粘弹性材料,从不可逆热力学基本定律出发,导出了热量生成率函数及近似温度场控制方程.在周期性变形的条件下,热量生成率函数被表示成了损耗模量及应变振幅的简单关系式.对任意周期形状,利用富里埃展开进行逼近.导得的函数及方程适用于各向异性、正交各向异性及各向同性粘弹性材料.可用来计算钢丝轮胎等粘弹性体的热损耗及温度场.     

湿热环境下粘弹性板的非线性动力稳定性分析

采用Boltzman积分型本构关系和热流变简单材料的折减时间概念,考虑湿热环境对材料粘弹性动力学行为的影响,分析了线粘弹性薄板在考虑几何线性与非线性时的长期动力稳定特性.设材料为标准线性固体,将系统的微分-积分型控制方程转化成微分型控制方程,由增量谐波平衡法确定主要动力不稳定区域的边界,讨论了温度与湿度的变化对粘弹性板的几何线性与非线性动力稳定特性的影响     

线粘弹性体裂纹前缘的应力、位移场

采用前文建议的粘弹性对应性原理的方法,我们将Eftis等得到的线弹性裂纹体在双轴载荷作用下的裂纹前缘的应力、位移场的解推广到诸如Maxwell固体,标准线性固体和Burgers固体等这类线粘弹性裂纹体。得到如下一些重要结论: 1.在所考虑的情况下,当外加应力是常数时,线粘弹性裂纹体的应力强度因子与相应的线弹性裂纹体的应力强度因子相同。但是,若相应的线弹性裂纹体的应力强度因子表达式中包含弹性常数,那么线粘弹体的应力强度因子将变成时间相关的。2.对于线粘弹性裂纹体,当外应力是常数时,各位移分量均是时间相依的,且是材料流变常数的函数。对于Maxwell及Burgers固体,由于粘性流的存在,常载荷下位移分量均随时间而增长。对于标准线性固体,由于弹性滞后效应,虽然位移分量也随时间而增长,但它将趋于某一极限值。3.与线弹性裂体相反,对于线粘弹性裂纹体K-G关系再不是与时间无关的固定关系了。4.线粘弹性体情况下,K-判据不再与G-判据等价。由于K-判据不能反映这类固体的时间相依特征,对于粘弹性体G-判据是较为适合的。     

瞬时弹性本构关系在尼龙6/蒙脱土 纳米复合材料中的应用

尼龙6/蒙脱土纳米复合材料是一种非线性粘弹性材料,采用非线性粘弹性本构理论中的弹性回复对应原理,获得了一个适用于该复合材料的瞬时弹性本构关系.较好地预测了复合材料不同应变率下的非线性粘弹性应力应变曲线,结果表明应力应变曲线应变率依赖性是遗传时间效应的结果,进而证明尼龙6/蒙托土纳米复合材料的粘弹性本构关系中可以不包括应变率作为独立变量.     

裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区温度场的理论和实验研究

本文根据流变断裂学理论,结合非平衡态热力学,对裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区由于内耗热而形成的温度场,进行了理论和实验研究。在理论上分析了材料内部的不可逆变化及熵产生、熵流等内耗机制,得到内耗热源函数,指出裂尖温度场的成因,从而进一步得到控制温度场分布和变化的热传导方程。在讨论内耗对裂纹扩展的影响时,我们推出耗散型能量守恒方程的微分和积分形式以及裂纹扩展的耗散型控制方程。在实验研究中,我们测定了裂尖区的温度场,从而验证了本文的理论,指出经典断裂力学的不足。     

流变损伤材料的本构理论

连续损伤力学已日益受到重视,但目前有关损伤材料本构理论方面的工作,还多着眼于弹、塑性损伤材料。木文讨论了建立流变损伤材料本构方程的一般方法,而弹塑性损伤材料的本构方程可作为本文所述方法的一种特例得到。本文的工作为具有流变性能材料的连续损伤力学基本方程的建立提供了方便。     

粘弹体双梁、双板模型裂纹问题的时间相依能量判据

在前文中,我们曾提出一个求双梁、双板模型裂纹能量释放率的实用理论和简易方法。依照这一理论,求双梁、双板摸型裂纹能量释放率的问题,归结为求裂纹尖端截面处的内力素的问题。在我们最近的工作中,又引入了一个基于粘弹对应性原理来求解粘弹体裂纹问题的方法。在本文中,通过采用另一种形式的粘弹对应性原理,将双梁、双板模型裂纹问题的实用理论推广到了粘弹体的情况,从而得到双梁、双板模型裂纹的时间相依能最判据。对应性原理的这种形式(其中本构方程采用积分方程的形式)的主要优点是它可以大大推广这一有力方法的应用范围。特别是应力与应变初始值不为零的那些情况。本文指出: 1) 能量释放率不仅依赖于现时的载荷值,而且还依赖于载荷达到此值以前的全部加载历史。2) 在常载荷的情况下,能量释放率将随时间而增长,直到它达到某一较高的极限值。这使我们在载荷,裂纹长度、材料的流变常数及断裂韧性为已知的前提下,有可能确定裂纹体的寿命。3) 在常位移的情况下,能量释放率将随时间而减少,直到它达到某一较低的极限值。这也是工程师和设计师们所特别感兴趣的另一个问题。     

非线性粘弹性本构关系及其应用

给出了三维Ｓｔｉｅｌｔｊｅｓ卷积形式的简化非线性粘弹性本构关系和三维本构关系的弹性回复对应原理,采用简化非线怀本构关系和本构关系的弹性回复对应原理,通过对改性聚丙烯的准静态实验,提出了一种寻求非线性瞬时弹性应力应变关系的新方法;预测了不同应变率情况下的非线性粘弹性应力应变曲线;证明了简化非线性粘弹性本构关系对聚合物一类材料的适用性;表明了应力应变曲线的应变率相依性是遗传性时间效应的直接结果,从而非线性粘弹性本构关系中不必包括应变率作为独立变量。     

PMMA银纹损伤实验研究

利用含缺陷流变性物体的材料破坏理论,采用显微技术对高聚物蠕变条件下的银纹损伤引发和演化进行了实时在线的实验研究.通过对损伤变量的定量观测,得到了聚甲基丙烯酸甲酯银纹损伤随时间和应力水平演化的规律,并给出了损伤演化模型.     

非线性粘弹性本构理论中的弹性回复对应原理

首次提出了粘弹性本构理论中的弹性回复对应原理（或称为记忆消除对应原理）,该原理开辟了求解非线性（及线性）粘弹性问题的新途径．对于线性或非线性粘弹性材料在等幅循环应变或等幅循环应力作用下的具体计算实例表明：只要材料存在瞬时弹性,利用遗传性积分的逆式,永远可以消除记忆,把现时应力或现时应变回复到瞬时弹性应力或瞬时弹性应变,从而真正实现了非线性（或线性）粘弹性本构关系与非线性（或线性）弹性本构关系之间的对应．     

简支平顶组合抛物面薄壳屋盖的内力和挠度

借助阶踽九斜坐标系，了平顶组合抛物面薄壳屋盖的壳面方程，然后应用弹性薄壳理论和变分法，导出了四边简支平顶组合抛物面薄壳屋盖的挠度和内力的表达式，最后给出算例。表明这种结构比相同尺寸的平顶四坡折板屋盖的内力和挠度不很是其刚度较大，因此采用这种结构能节省材料。     

应变软化混凝土内蕴时间非弹性本构关系(英文)

按照Valanis的理论,我们引进了一个新的内蕴时间量度。本文给出了适合于应变软化混凝土的内蕴时间非弹性本构关系以及混凝土的粘弹性本构关系。计算结果与实验比较表明本文结果能很好地与实验点相吻合。本文的两个本构关系在混凝土结构的断裂问题的分析中均是极为有用的。     

特性参数与温度相关的二维广义热弹问题的动态响应

基于Green-Lindsay广义热弹性理论,研究了材料特性参数与温度相关、受热冲击作用的半无限大体的二维热弹动态响应问题。采用了有限元法,对得到的非线性有限元方程在时域中进行了直接求解,得到了无量纲的温度、位移、应力等物理量的分布规律。结果表明:各物理量的幅值随时间的增大而增大,且其非零值仅处在一个有限的区间内;与温度相关的特性参数对各物理量有显著影响,体现在各物理量的幅值随之降低。     

锥阀阀口能量损失分析及阀座结构改进

通过对锥阀在不同锥角、不同阀口开度及不同压差条件下的速度场和压力场进行分析,类比电路基本理论,得到了在不同压差条件下压力及速度梯度变化的规律,并分析了锥阀阀口的能量损失规律;与此同时分析锥阀阀口涡流产生的原因,通过对阀座结构进行改进,以减少涡流大小,从而达到降低能量损失的目的,为锥阀的设计提供了理论参考依据。     

两种土基土非线性流变特性与模型理论研究

通过对两种典型地基土,即深黄色粉质粘土与浅紫色粉质粘土进行室内单剪蠕变试验研究,发现当应力水平大于屈服极限时,两者均具有明显的非线性蠕变特性;并对两种粘性土进行非线性流变特性分析,在此基础之上对两种粘性土建立了统一的本构模型。     

一类弹塑性损伤材料的切线模量

基于不可逆热力学和内变量理论，讨沦一种考虑各向同性损伤和组合强化(各向同性强化和随动强化同时存在)的弹塑性模型，依广义正交法则，由状态势和耗散势函数推导出了耦合损伤的弹塑性切线模量。     

层状各向异性介质的电磁逆散射

本文研究层状各向异性介质的电磁逆散射,讨论了无耗、有耗、非均匀层状各向异性介质的特性重组问题.     

松弛模量与蠕变柔量的实用表达式

提出了在应用非线性粘弹性本构理论中弹性回复对应原理所需要的松弛模量与蠕变柔量的一般实用表达式．与已有模型的表达式相比,该式具有能与实验结果吻合很好、简单实用、计算速度快的优点．可以广泛应用于线性或非线性粘弹性实际问题的计算之中