20~#钢的慢速率高温流变实验和模拟

碳钢种类繁多且广泛应用于建筑、汽车制造等领域.选择其中的20#低碳钢,利用Paterson高温高压流变仪在恒温条件下,完成了单阶恒应变速率和多阶突变应变速率两类轴向压缩实验.实验条件如下:温度700～900℃,围压100々300MPa,应变速率105～103s1测定了不同条件下变形过程中的应力-应变曲线,并进行了流变本构方程计算.结果显示流变本构方程中的参数对应变的函数依赖关系与快速变形时类似.由本构方程模拟计算所得的流变应力可以很好地拟合单阶恒应变速率实验;由于多阶突变应变速率实验受变形历史影响大,因此拟合精度较差但仍可接受.另外,研究表明,在慢速率变形时无论是低温的铁素体相还是高温的奥氏体相,20#钢的流变行为均可用相同的流变本构方程进行描述,但是相变区的流变行为则不同,需要对lnA的表达式稍作修正.     

全耦合蠕变损伤问题的几个新解

全耦蠕变损伤问题的解析解在文献中很少见到。本文得到厚壁圆筒、圆球轴对称问题及圆柱扭转问题全耦合蠕变损伤的封闭解。 采用Kachanov-Rabotnov蠕变损伤理论,平面应变厚壁简的平衡方程与协调方程见文献。本构方程与损伤演化方程为     

Ni/MH电池过充电热效应分析

利用微量热仪对Ni/MH电池过充电时的热效应进行了分析. 电池通过一个保护装置安装在一台以石英频率温度计为测温装置的微量热仪中. 实验测量了电池在不同荷电态(SOC)下以不同电流过充电时的热容量和发热量数据. 基于一系列简化假设建立热传导方程, 实验结果经过拟合得到了描述充电过程的发热速率曲线方程, 取代以往研究中发热速率的理论计算方法. 用曲线拟合得到的方程和热容量数据建立了二维热效应模型, 对过充电热效应进行了数值模拟, 计算结果与实验结果基本吻合. 模型显示电池内温度分布差异很大, 这归因于电池内部材料传热性能不佳. 电池的传热性能与电池材料如电极、隔膜和电解液等性质有关, 很难有较大改善, 所以, 在实际使用中应该尽量避免高倍率长时间充电, 以免对电池造成损害.     

基于流体动力学理论的颗粒物质本构关系

利用流体动力学(hydrodynamic)方法, 普通固体的弹性理论能自然地推广到颗粒物质, 从而得到一组可用来具体计算包括应力、变形、能量、能流、热产生等所有物理量在内的完备偏微分方程. 特别地, 它们能确定具有重要工程意义、至今尚未完全建立的颗粒物质本构关系. 本文具体推导了这个本构关系的一般热力学表达式. 结果显示, 即使在自由能模型和耗散系数都比较简单的情况下, 本构关系也是非常复杂的非线性关系, 有繁多的关于应力、速度、密度等变量的空间导数项. 因此, 直接从实验数据建立严格的, 特别是非均匀情况下的本构关系将是一件非常困难的事情.     

白口铸铁超塑性似粘性流变规律的解析表达

描述材料变形力学规律的本构方程,常力求其数学形式简单明了,避免难以承受的复杂运算。然而,计算机的运用和开发使相当复杂的运算已成为可能,更复杂、更精确、更深刻的本构方程便应运而生。文献[1]从求解定义m值的微分方程出发,求得超塑性拉伸似粘性流变方程。文献[2]进行了超塑拉伸似粘性流变方程本构参数k和m变化规律的力学解析。本文不研究本构参数k与m的函数关系,也不由k和m的解析式直接求得变参数流变方程,而是从定义m值的微分方程出发建立其超塑拉伸的变m值流变方程,并由此说明需有与白口铸铁m-lgε曲线几何形状相关的3个参数m_m,m0和η才能判定其超塑性。     

R1234ze(Z)在243.152～373.150 K内的饱和蒸汽压实验测量及拟合

顺式-四氟丙烯(cis-1,3,3,3-Tetrafluoropropene,R1234ze(Z))作为环境友好(温室效应潜能值GWP1,臭氧消耗潜能值ODP=0),热力性能优异的新型工质在制冷、热泵及有机朗肯循环等领域受到越来越多的关注.本文采用两套高精度汽液相平衡装置测量了R1234ze(Z)在243.152~373.150 K内的63组饱和蒸汽压数据,本文的实验数据与Wagner方程拟合偏差均小于0.001 MPa,与REFPROP对比最大绝对偏差为0.0016 MPa,最大相对偏差为1.07%.结合文献数据采用Antoine方程、Wagner方程以及亥姆霍兹方程进行拟合,并对计算值和实验值的偏差进行分析,发现亥姆霍兹方程中起主导作用的是第2项,并由此建立对比温度和对比压力的近似线性关系,采用Wagner方程和最优项数为5项的亥姆霍兹方程拟合的平均绝对相对偏差分别为0.3105%和0.2813%,后者较前者拟合精度提高11.4%.     

简单物质的本构方程从无旋形式到一般形式

自发表Dienes的论文以来,十年间在率型本构方程、客观应力率和变形体的转动描述方面力学工作者已作了大量的工作。Dienes实际上曾提出了所谓Dienes问题:若在无旋情形下已给出了材料的下述率型本构方程     

机器学习与计算力学的结合及应用初探

自20世纪50年代以来,随着计算机科学的不断进步,机器学习和数据科学得到了长足发展.这些技术一般依靠大量数据作支撑,通过训练过程提取出蕴藏在数据内部的抽象映射关系,目前已被成功应用于化学、生物等自然科学研究领域.近年来,这些技术也逐渐受到计算力学领域研究者的关注.本文结合作者的相关研究成果介绍了机器学习、数据科学与计算力学相结合的3种形式:第一种是与有限元方程求解方面的结合,直接应用卷积神经网络算法求解线性有限元方程;第二种方式结合有限元计算和机器学习预测复杂材料结构与力学性能的关系.本文作者应用该方法基于细观页岩扫描照片和随机建模算法,成功训练出可以有效预测细观页岩样本等效模量的卷积神经网络;第三种方式是建立基于数据驱动的计算力学方法,比如直接利用真实的材料实验数据代替材料本构模型.这些工作显示了机器学习、数据驱动在处理材料的力学实验数据、设计新型材料以及创建更高效的计算力学模型方面的广阔前景.随着计算力学的发展,未来将可能出现更多将数据科学、机器学习与计算力学相结合的应用场景,进一步开发出更加强健、高效和保真的计算力学方法.     

基于椭圆形微裂纹演化与汇合的准脆性材料本构模型

微裂纹演化与汇合是导致准脆性材料损伤及破坏的主要因素.采用复势函数法求解了受远场载荷作用下代表性单元中椭圆微裂纹的变形,讨论了椭圆微裂纹初始取向的变化对微裂纹尺寸增长和偏转角度的影响,并结合微裂纹扩展准则推导了损伤起始的临界应力.基于翼型裂纹扩展过程的能量守恒方程,建立了损伤阶段的本构关系.对裂纹汇合模式进行了讨论,建立了翼型裂纹汇合的几何模型,由翼型裂纹汇合的临界条件给出了断裂失效应变,最后给出了与细观结构演变过程相对应的本构模型,并应用该模型计算了岩石类材料单轴压缩下的应力应变曲线,与实验结果吻合良好.     

如何培养流变学的优秀人才

现代新材料和新结构的使用,使得历来在经典力学中所不考虑的物质性质与微结构,尤其是在超高温、超高压、遭受辐射等极端条件下的物质性质,以及以微结构分析为基础的本构规律的建立已成为非常重要的问题。从而,流变学重新受到重视并发展。流变学是研究物质流动与变形的发生与发展的一般规律的学科,它的核心是建立描述物质特性的本构方程。     

高分子流体动力学问题的数值模拟与实验研究

数值方法在高分子流体动力学研究中占有十分重要的地位,但理论予示与实验事实之间仍存在着较大的差距。文章扼要地论述了高分子流体动力学问题的数值模拟方法,及实验验证方面的主要问题。强调实验流体及相应本构方程的选择,流场几何与流体动力学条件的严格控制在研究中的重要意义,并介绍了这方面的研究动向,和作者在这方面的研究结果。     

多元样条空间3_k~μ(△_n)(k≥2~(n-2)(3μ+1)+1,n≥3)的维数

本文提出求解Mises材料弹塑性响应的“拟割线刚度法”,尝试对经典的Prandtl-Reuss方程进行改进,并推导出等向强化Mises材料的改进的本构方程,由此提出弹     

拉伸流变学及稳定性研究

1.引言流变学,是研究材料流动和变形的科学。非牛顿流体力学和流变学,有着十分密切的联系,流变学研究材料的物性;其研究方法有实验和理论两个方面。流变学的重要任务是建立材料的本构关系。非牛顿流体力学以本构方程理论为基础,进一步研究非牛顿流体的运动状态。然而,在现代,流变学和非牛顿流体力学,在流体的范畴内,已经成为一致的相同的概念了。在高分子工业生产的过程中,有许多工艺过程可归结为拉伸流体流动,其中,典型的工艺过程是     

椭圆极化激光场驱动下氢原子发射高次谐波的特点

通过数值求解两维含时薛定谔方程,研究了在不同波长的椭圆极化激光驱动下氢原子发射高次谐波的特点,得到了氢原子所产生的高次谐波谱截止位置处发射效率随椭偏率的依赖关系.研究结果表明,在激光光强保持不变的情况下,激光波长越大,截止位置处谐波发射效率对椭偏率的依赖越强;而在相同的激光波长驱动下,随着激光光强的增大,氢原子高次谐波谱截止位置处的效率随着驱动场椭偏率的增大下降得更快.最后,利用不同波长下高次谐波发射效率随椭偏率的依赖关系,通过数值计算和拟合研究了电子波包在隧穿电离后的横向扩散速率,研究发现在谐波截止位置附近由ADK模型得到的横向扩散速率比数值求解两维含时薛定谔方程得到的结果约小17%,正是这种横向扩散速率偏小的原因导致由ADK模型计算的谐波发射效率随椭偏率的增大相对于实验结果来说下降的较慢,而数值求解两维模型原子得到的结果与实验结果一致.     

修正表面张力系数的包膜气泡动力学模型

基于包膜造影剂气泡的实际应用, 在传统的三层模型基础上提出了一个修正的动力学模型来描绘包膜气泡的动力学行为. 通过衔接三层模型中包膜的两个边界条件, 得到一个两层模型并简化了方程的结构. 为了使动力平衡更加准确, 在建立边界条件时考虑了包膜质量, 并将包膜层厚度与气泡半径的关系具体化. 更为重要的是, 我们对绝大多数文献中的表面张力系数不变的假设进行了修正, 认为其随半径变化呈非线性变化, 且通过数值计算对表面张力系数修正带来的变化进行了讨论. 此外, 我们应用本文模型对实验得到的Optison及Sonozoid微气泡的动力学曲线进行了拟合, 并与其他经典模型的拟合结果进行了比较, 结论证明了本文模型具有很好的适用性.     

层压酚醛玻璃钢在高压下压缩率的研究

一、引言 研究层压酚醛玻璃钢在静压下的P-V关系将为建立它的本构方程、研究复合材料在动、静压下的性能参数的差异或关联提供实验的依据,同时,在实用上也有一定的意义。 目前,研究多孔材料在静态高压下第一次压缩时的P-V关系的实验方法以及玻璃钢在高压下的状态方程的实验数据,在国外还未见报道。玻璃钢是一种多孔隙的复合材料。由于     

Fokker-Planck模拟离子声波中离子的能量输运

利用线性化Fokker-Planck方程模拟了激光等离子体中的离子声波, 重点研究了离子声波过程中的离子热流. 通过将线性化Fokker-Planck方程转化为本征值问题, 求解得到离子声波的本征模和扰动分布函数, 进而计算出ZT_e/T_i和kλ_ii对离子热导的影响, 这里Z, T_e/T_i, k, 分别表示离子的有效电荷数、电子与离子的温度之比、离子声波的波数和离子的平均自由程. 在碰撞极限下kλ_ii→0数值计算给出的离子热导与Braginskii的结果一致. 当kλ_ii较大时, Braginskii理论不再成立, 离子热流出现受限的现象. 在朗道阻尼可以忽略的情况下, 离子热导随kλ_ii的演化能够非常好地用公式进行拟合, 并给出了拟合参数与ZT_e/T_i的关系.     

测量超紫外线阿秒脉冲时间结构的光电子能谱非线性比例变换方程方法

为了研究化学反应、原子分子发光等超快速过程中电子态的时间演化过程,需要能量越来越高、脉冲时间宽度越来越短、单色性越来越好的光脉冲作为激发和探测手段.但是,如何快速、精确地测量这些光脉冲具体细致的时间结构,一直是科学界的一个挑战.在过去的十多年时间里,人们在测量超紫外线阿秒脉冲方面作出了巨大的努力,取得了显著的成果.迄今为止,已经发展出了几种测量阿秒脉冲时间宽度和重建脉冲形状的方法,如阿秒光谱相位干涉直接电场重建法(SPIDER)和阿秒频率分辨光学快门法(FROG).然而,这些方法都是从传统的光学测量方法演变而来的,不仅需要当代最先进的实验装置,而且需要十分复杂的分析计算方法和实验数据拟合过程.为了推动阿秒计量学的发展,进一步开展阿秒测量、脉冲时域定位(定时)、实验数据评估、探测器刻度,以及对阿秒脉冲光源进行改进、优化和应用,我们提出一种直接、快速、精确的基于光电子能谱变换方程的解析方法,利用激光辅助超紫外线气体电离技术,精确地观测超紫外线阿秒脉冲.新方法利用参数化的计算公式确定每个测量得到的光电子的相关激光相位,利用解析性的光电子能谱解谱技术,一步重建脉冲的形状和具体的时间结构.新方法不需要大量的光电子能谱的时间分辨测量,也不需要冗长的迭代计算和实验数据拟合过程,能从每个测量得到的光电子能谱重建出超紫外线脉冲的时域特性.用参数化公式从脉冲的能量带宽值计算得到脉冲重建结果的时间不确定性(即时间误差).由于变换方程建立了超紫外线脉冲时间特性、重要的激光参数(峰值强度、电场包络形状、相位、载波-包络相位等)、原子或分子的电离能,以及光电子能谱之间的直接联系,可以用它从各个已知参数值计算出未知的参量.通过观测、分析某些参数和特定谱项的变化规律,可以研究超快速反应动力学过程中随时间变化的相关信息.     

构造超压能引起超高压变质作用吗?

针对“超高压变质岩在约３２ｋｍ深处受构造挤压作用而形成”的认识,列举岩石学和构造地质学论据,指出着应力引起的构造超压受到岩石强度的限制,由于岩石本身力学性质,应变速率及温度的影响,构造超压不会超过１ＧＰａ,更不会引起超主 变质作用,在计算塑性体变形或弹塑性体的塑性变形阶段的主应力值时,不应运用应力－应变的弹性本构方程。     

ANSYS在预应力钢筋混凝土梁非线性有限元分析中的应用

文章应用通用有限元软件ANSYS10.0对预应力钢筋混凝土梁的非线性性能进行了数值模拟,并讨论了钢筋和混凝土的本构方程、破坏准则、预应力施加和收敛准则和等问题.