基于不可逆热力学的黏塑性统一本构模型

以不可逆热力学理论为基础, 选定了包含反映材料运动硬化和等向硬化行为的参量的 Helmholtz自由能函数, 同时, 构造了具有相应内变量的非关联流动势函数, 推导出流动方程以及内变量演化方程, 构建出金属材料的黏塑性统一本构模型, 提出构建黏塑性统一本构模型完整的较一般的理论框架. 与传统的唯象法模型相比, 提出的模型具有满足不可逆热力学基本规律的优点. 本方法不仅为黏塑性统一本构模型进一步的发展奠定了理论基础, 还为其应用于更广泛材料的本构分析提供了理论框架.     

空间轴对称塑性问题的统一特征线理论

提出了一种基于统一强度理论的统一空间轴对称特征线场理论. 新理论充分考虑了各种不同材料的中间主应力效应和拉压强度比，可以适用于各种不同的材料. 现有的基于Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb理论的特征线场以及Haar-von Karman完全塑性条件和Szczepinski假设的轴对称特征线场均为此理论的特例.[KG*2]此理论还可以构造出一系列适用于不同材料的新的空间轴对称特征线场，系统地形成了空间轴对称塑性问题的特征线场理论.它可以应用于机械、土木和塑性理论等领域中的很多空间轴对称塑性问题. 给出两个计算实例，并与用统一弹塑性有限元程序UEPP的计算和文献中的Mohr-Coulomb理论的实例进行了比较. 结果表明提出的统一特征线场在理论上是可靠的，在实用中是可行的，它的工程应用可以取得相应的经济效益.     

考虑时间效应的UH模型

分析时间对土的效应,在对现有理论和试验数据总结分析的基础上提出了瞬时正常压缩线的概念;基于蠕变规律,建立老化时间与超固结度的关系;采用UH模型(以统一硬化(United Hardening)参数作为硬化参量建立的三维超固结土弹塑性本构模型)的再加载公式计算瞬时变形,提出超固结土一维弹黏塑性应力应变关系;分析一维弹黏塑性应力应变关系的演化规律,定义特征速率并给出其与超固结参数的关系;在UH模型屈服面方程中引入折算时间,建立三维弹黏塑性本构模型.该模型在UH模型的基础上考虑时间效应,不仅能够描述土的剪切蠕变、松弛、速率效应等黏性规律,而且能够反映土的剪胀、软化等超固结性质;与修正剑桥模型相比,仅增加一个次固结系数来反映土的蠕变规律;该模型在瞬时加载条件下退化为UH模型,从而使弹塑性与弹黏塑性框架得到统一.     

温度对超塑性拉伸稳定变形影响的力学解析

从应力为应变、应变速率和温度的函数的状态方程出发, 导出包含应变硬化指数、应变速率敏感性指数和本文引入的温度敏感性指数、温度起伏指数, 建立了分析超塑性拉伸载荷稳定变形的微分本构方程和几何稳定变形的变分本构方程, 并根据塑性基本理论的普适条件, 进行了温度连续上升条件下和沿试样轴线存在温度不均匀条件下的载荷稳定变形和几何稳定变形的理论分析. 结果表明温度连续上升的快慢和温度的不均匀的大小对稳定变形有影响, 温度上升越快, 温度越不均匀, 载荷稳定和几何稳定所对应的均匀应变越小; 应变硬化效应是超塑性拉伸变形稳定性的必要条件, 在载荷失稳时并不同时产生几何失稳, 而是能持续一段均匀变形才出现; 在超塑性温度区, 恒温不是呈现超塑性的必要条件, 但是在变形过程中温度上升的越慢, 温度越均匀, 变形的稳定性越好.     

超塑性拉伸似粘性流变方程中本构参数的力学解析

在回顾超塑性拉伸似粘性流变方程中本构参数m和k研究历史的基础上,建立了m和k均为变数的微分关系.通过用已知函数模拟应变速率敏感性指数m与应变速率(?)的关系曲线,从理论上求得m(?),k(?)以及k和m关系的解析表达式,论证了m和k均为材料的应变速率敏感性参数,明确了m为应变速率敏感性指数,k为应变速率敏感性系数,建立了m和k的力学解析理论,理论曲线与3种超塑性合金的实测曲线拟合得很好,为了定量计算,还给出精确模拟的3种合金的m(?)曲线和k(?)曲线的多项式.     

空间轴对称塑性问题的统一特征线场理论

提出一种基于统一强度理论的统一空间轴对称特征线场理论，新理论充分考虑了各种不同材料的中间主应力效应和拉压强度比，可以适用于各种没的材料，现有的基于Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb理论的特征线场以及Haar-vonKarman完全塑性条件和Szczepinski假设的轴对称征线场均为此理论的特例，此理论还可以构造出一系列适用于不同材料的新的空间轴对称特征线场，系统地形成了空间轴对称塑性问题的特征线场理论，它可以应用于机械、土木和塑性理论等领域中的很多空间轴对称塑性问题。给出两个计算实例，并与用统一弹塑性有限元程序UEPP的计算和文献中的Mohr-Coulomb理论的实例进行了比较，结果表明提出的统一特征线场在理论上是可靠的，在实用中是可行的，它的工程应用可以取得相应的经济效益。     

塑性加工技术的科学化与中国塑性加工技术的发展

本文总结了塑性加工技术的发展现状,提出了材料塑性加工技术在新的世纪应该以现代科学技术为基础,实现由技术向科学的转变。塑性加工应以固体力学和材料物理为理论基础,宏观与微观相结合,实现理论基础的完善和飞跃。以计算力学和软件科学为工具实现塑性加工过程的虚拟化和可视化;以自动控制理论和计算机技术为工具实现工艺过程的自动化控制;采用新的能源、新的介质和加载方法开发瓣析塑性加工工艺;以汽车、电子电器和航空航天等工业为需求,研究新材料和新产品的塑性加工工艺。     

混凝土材料三维统一硬化/软化弹塑性本构模型

混凝土材料的弹塑性本构模型通常采用剪切型屈服面,剪切型屈服面包括两种硬化方式,即黏聚力(c)硬化和摩擦角(?)硬化.目前大多数本构模型都采用c硬化模式,无法反映应力诱导各向异性.本文的屈服函数是由混凝土材料非线性统一强度准则发展而来,采用φ硬化模式.基于Sargin提出的单轴压缩应力应变关系,提出一个统一硬化/软化参数,即硬化和软化参数具有相同的表达式.将提出的硬化/软化参数与屈服函数相结合,发展了混凝土材料三维统一硬化/软化弹塑性本构模型.该模型能够统一地描述混凝土的硬化/软化,避免了循环加载中再加载过程中硬化或软化参数的判断,从而增加了计算效率.模型有效地确定了塑性势参数,使得建立的本构模型能够合理地控制混凝土的剪胀.建立了峰值应力对应的等效塑性剪应变与围压的关系,使得建立的模型能够描述混凝土材料的应变软化随围压的变化规律.通过与普通强度和高强混凝土的双轴和真三轴试验结果比较表明,建立的模型能够适用于不同类型的混凝土材料,并且能够合理地描述混凝土材料的变形和强度特性.     

混凝土材料三维弹塑性本构模型

非线性统一强度准则将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数.本文将非线性统一强度准则作为屈服函数,以塑性剪应变的函数作为硬化/软化参数,硬化/软化函数参考单轴压缩条件下的应力应变关系给出,建立了混凝土材料的非线性统一弹塑性本构模型.通过混凝土材料单轴、双轴和三轴试验结果对本构模型的验证,以及偏心受压构件试验结果对数值模拟结果的验证表明,所建立的非线性统一弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性,将模型用于数值计算时易于获得收敛解,且具有较高的精确度和计算效率.     

基于弹粘塑性一致切线算子概念的隐式边界元法

提出了一种基于弹粘塑性一致切线算子概念的非线性隐式边界元算法,考虑了各向同性硬化和运动硬化２种情况,发展了弹粘塑性径向返回计算模式和弹粘塑性一致切线算子及相应的算法;还讨论了弹粘塑性的极限情况（例如弹塑性问题）。最后在算例中比较了Ｉｂｒａｈｉｍｂｅｇｏｖｉｃ等的最新有限元研究结果和ＡＢＡＱＵＳ计算结果。     

氧化物陶瓷高速超塑性研究进展

氧化物陶瓷具有优异的性能和广阔的应用前景.由于陶瓷的本征脆性,超塑性成形是陶瓷塑性加工的首选途径.但应变速率较低是制约氧化物陶瓷超塑性加工进一步应用的主要因素.本文综述了氧化物陶瓷高应变速率超塑性的最新研究进展,围绕影响超塑性变形的主要因素,如晶粒尺寸、晶粒长大、晶界扩散、化学键结构、晶界形态及空洞的形核与长大等,综述了提高超塑性应变速率的方法途径,并分析其变形行为及影响机制.     

超塑性拉伸似粘性变参数流变方程

给出能精确表达Ｚｎ－Ａｌ２２％，Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ和Ａｌ－Ｚｎ－Ｃｕ－Ｃｒ比较典型的３处超塑性合金的ｌｇσ－ｌｅε关系的多项式，进而用ｍ（ε）和ｋ（ε）的解析表达式求得ｍ和ｋ均变数的似粘性流变方程，方程中包含了与ｍ－ｌｇε曲线相关的３个参数ｍｍ，ｍｋ和η，并且指出，ｍｍ，ｍｍ／ｍｋ越大，合金的超塑性越好，而且Ｂａｃｋｏｆｅｎ方程只是变参数本构方程的一个特例。     

应变速率敏感性指数的理论和测量规范

应变速率敏感性指数m是判定材料超塑性的重要力学指标, 用拉伸实验测量 m 值的力学研究已有很多, 对超塑性的进展也有很大贡献. 首先从回顾已有拉伸实验测量 m值的公式, 并且把它们归类为定长度 m 值的m_l, 恒速度 m值的m_v和定载荷 m 值的m_P三种典型变形路径下的应变速率敏感性指数. 进而基于拉伸变形的本构方程和塑性力学的基本原理, 建立了广义m值的约束方程. 结合三种典型变形路径规范了m值的力学定义, 并由本构方程定义的广义m值公式统一推导出m_l, m_v和m_P的测量公式. 提出结合典型变形路径用数值模拟测量 m值的精确方法. 测量结果表明, m值不仅不是常数, 而且其变化规律与所处的变形路径有密切关系, 用相同的测量公式测量不同变形路径下的 m 值, 测得的结果相差悬殊, 在同一变形路径下用不同的测量公式测得的结果也各异. 对于 m 值的测量必须指明所处的变形路径, 并且要用对应的测量公式才能测得正确结果. 此外, 还从理论和实验两方面都解答了为什么恒速变形路径下的 m_v值往往是负值, 而定载荷变形路径下测得的m_P值往往会大于1. 对m值的深入分析和精确测量的探讨, 旨在为超塑性宏观变形的力学规律与微观物理机理的衔接的研究提供条件.     

软弱围岩下小净距隧道中岩柱加固方法分析

建立基于Drunker-Prager本构模型小净距隧道弹塑性三维模型，进行室内比尺模型试验的数值模拟。比较数值模拟和室内试验之间的结果，验证数值模型试验的有效性。通过对围岩的位移、塑性区、整体塑性能释放、最大塑性应变分析，比较上、中、下岩盘等不同加固工况的优劣，为实际施工加固方案择提供技术参考。     

一维拉伸的本构方程不能直接推广处理二维胀形的力学问题

超塑性成形已经在形状复杂、尺寸精度高的零部件加工中得到广泛的应用, 并有良好的发展前景. 然而, 超塑性成形均处于多向应力状态. 但是, 长期以来, 均把单向拉伸的本构方程直接推广处理多向的理论问题. 这在定量处理中是否正确, 亟需理论证明. 首先简述了超塑性一维拉伸和二维胀形变m值本构方程的建立, 并结合从连续介质塑性力学基本理论所导出的自由胀形的等效应力σ 和等效应变速率 的解析式, 分别用拉伸和胀形的本构方程导出了超塑自由胀形最佳加压规律的解析表达式. 进而结合典型超塑性合金ZnAl22实验数据进行了定量比较. 结果判明, 不能把单向拉伸的本构方程直接推广处理二维胀形的定量力学问题, 处理胀形的定量力学问题, 必须用在胀形应力状态下建立的二维胀形的本构方程.     

广义非线性强度理论及其变换应力空间

基于摩擦材料的试验规律和在前人研究成果的基础, 提出了广义非线性强度理论, 它用一个表达式统一描述π 平面及子午面上各种材料的非线性强度特性, 包含或逼近了现有的非线性单一强度理论. 在主应力空间中, 广义非线性强度理论在π 平面上的破坏函数为介于SMP准则和Mises准则之间的光滑曲线;在子午面上的破坏函数为幂函数曲线. 在基于广义非线性强度理论的变换应力空间内, 广义非线性强度理论可以合理地与各种以p和q为应力参量的本构模型相结合, 使模型简单地实现三维化.     

微成形中尺寸效应研究的进展

微纳米尺度下微细工件塑性变形中会出现尺寸效应,即随着工件尺寸的减小材料的应力应变关系、塑性成形性能和摩擦系数等成形工艺参数呈现出与常规尺寸工件的塑性变形不同的特点,对于尺寸效应的研究是微成形工艺研究的基础.本文首先综述了实验观察到的各种尺寸效应现象,如随着晶粒尺寸的减小塑性变形机理发生变化,从而导致Hall-Petch关系的变化.然后,介绍了为描述材料应力应变关系中出现的尺寸效应而提出的各种材料模型,其中考虑表面层晶粒体积分数、工件尺寸与晶粒尺寸的比值、应变梯度等因素的影响对经典塑性塑性力学模型进行的修正可以从现象学的角度描述尺寸效应,而基于位错运动、统计存储和几何必须位错密度的演化、晶界滑动等塑性变形机理的的本构模型,不仅能更准确地描述尺寸效应等塑性变形行为,而且能更深入地揭示尺寸效应的物理本质.另外,对于尺寸因素与极限应变的关系和摩擦中呈现的尺寸效应研究也进行了介绍.     

岩石节理法向加载非线性变形本构模型研究

鉴于节理法向变形的经典指数模型和双曲线（BB）模型的中应力水平加载阶段变形与部分试验结果存在偏离的不足，采用柔度变形法建立了节理法向加载非线性变形的新本构模型．讨论了节理在法向单调加载条件下变形基本规律，提出了完备的节理法向本构方程应满足的3个基本条件．分析指出基于应力变形坐标系的节理法向本构改进模型：统一指数模型和改进双曲线模型在数学上均是不完备的．选择柔度变形（Cn-u）坐标下介于双曲线和经典指数2种传统模型之间的单调递减柔度变形曲线，使其满足法向变形基本条件，建立了节理法向变形本构三参数模型．分析柔度变形曲线存在的两类主要形式，推导了节理法向变形g-δ本构模型和g-λ构模型的具体数学表达形式，并初步分析了模型参数的取值范围及其相关地质影响因素．引用已有不同岩石节理法向变形试验数据，对2种本构模型验证分析表明：g-λ型既可以适用于耦合节理法向变形又适用于非耦合节理法向变形，同时提出的节理法向变形譬．碳型较BB模型、经典指数模型及对数模型能更好地与试验结果吻合．     

一种新型双弹簧、双活塞本构模型在聚合物黏弹性质描述中的应用研究

推导了双弹簧、双活塞黏弹性力学模型的本构方程.在CETR UMT-2型试验机及LKDM-2000轮廓摩擦磨损仪上考察了尼龙PA66、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛和聚醚型聚氨酯等材料的静态蠕变特性、松弛特性.分别利用标准线性固体模型和新型本构模型对实验材料的蠕变、松弛特性进行了表征.实验事实及理论计算结果表明,相对于标准线性固体模型而言,该力学模型能更好地反映聚合物材料的蠕变、松弛等黏弹性质.     

双重孔隙-裂隙岩体中地下洞室稳定性的瞬弹-粘弹-粘塑性二维有限元分析

用西原模型描述双重孔隙-裂隙介质的流变特性,但其中的瞬弹、粘弹及粘塑性元件由岩块和节理的成分构成,建立了该模型的平面有限元求解格式并引入已开发的计算程序中.针对一个矩形地下洞室围岩中无、有成组正交或斜交裂隙的四种计算方案,进行数值模拟,分析、对比了围岩中的位移、应力及塑性区.其结果显示:多组裂隙的作用一是降低了完整岩体的抗剪强度,二是改变了围岩中的应力分布及量值;与单一介质相比,双重介质围岩中位移的方向有所变化,其随时间发展的量值明显增大,并且应力场的分布也有相应的改观;随裂隙组倾角的改变,双重介质围岩中的塑性区范围可能比单一介质围岩中的大或小.