依球面波粒子速度研究材料的本构关系

材料的本构关系是研究应力波在材料中传播衰减规律的基础,拉格朗日方法可以通过几组实测数据得到材料的本构关系,是研究材料动态力学行为的常用方法.在适当假设下,利用拉格朗日反分析方法,对爆炸球面波实测数据进行处理,得到材料的动态应力应变关系曲线.给出了方程的主要推导过程,建立了利用径向粒子速度数据反演其他物理量的计算方法.分析和比较了有机玻璃和花岗岩的动力学特性.对粒子速度波形进行傅里叶变换得到其频谱曲线,讨论波传播过程中频波分量的变化对路径线构造的影响,对拉氏方法的实际应用提出几点认识.     

聚乙烯纤维增强复合材料的动态力学响应特性

采用一维平面应变动加载技术及拉氏分析,研究聚乙烯纤维增强复合材料（Dyneema UD66层合板）在强应力脉冲载荷作用下的动态响应特性,得到了流场中各状态参量沿时－空的分布规律,应用冲击动力学理论分析其力学响应特征,并由实验及拉氏分析结果拟合了该材料的动态本构方程,结果表明,该材料具有良好的冲击波能量吸收特性及明显的应变率相关特性。     

多刚体系统动力求解的矩阵变换方法

该文提出了求解多刚体系统动力学问题的矩阵变换法,是由带不定乘子的拉格朗日方程为基础推导得到的,其中不含拉格朗日不定乘子和约束反力。利用该方法,可根据无耦合单刚体的动力学参数和系统的速度变换矩阵通过矩阵运算获得多刚体系统的动力学方程。该方法主要面向计算机实现程式化的算法,系统动力方程可由计算机自动生成。文末给出了一个多刚体系统动力求解的例子。     

工业纯钛TA2热变形过程的流变行为本构方程

利用Gleeble-3800热模拟实验机研究了工业纯钛TA2的热变形行为.变形温度为750～1000℃,步长50℃,应变速率分别为0.01、0.1、1和10 s-1.实验结果表明,TA2在热压缩变形过程中发生了加工硬化以及动态回复、动态再结晶.随着变形温度的降低和应变速率的增加,流变应力逐渐增加.为了准确预测TA2的高温流变行为,基于实验数据和双曲正弦Arrhe-nius模型构建了考虑应变影响的本构方程,本构方程中材料常数α、n、Q、lnA与应变之间存在6阶多项式关系.本文所提出考虑应变影响的本构方程可以用于研究工业纯钛TA2的高温流变行为.     

二维裂纹传播的动光弹性分析

本文用动光弹性法分析探讨二维裂纹传播动态特性,用多火花高速照相机记录双悬臂梁试件中裂纹传播的光弹性等差线条纹图,在几个包含从起裂到止裂的试验中取得这些条纹图的试验数据,给出时间对裂纹长度t-a和裂纹长度对动态应力强度因子a-K_Id两组曲线。讨论了运动方程和它的解。给出裂纹传播的裂尖附近的动态应力场和提供一个光弹性估计动态应力强度因子的实用分析程序。从本文解出发,将数值分析等差线条纹图和试验的等差线条纹图对照,可见两者能很好的符合。     

基于内变量损伤模型的复合材料板的非线性动力响应

基于Talreja复合材料张量内变量损伤模型,建立了复合材料单层板平面应力问题的损伤本构关系,进而获得了层合板的损伤本构方程及非线性动力学方程,且应用有限差分法和迭代法进行求解．数值结果表明,考虑结构的损伤和损伤演化时,结构的非线性动力响应将发生显著的变化。     

激光冲击718镍铬合金残余应力场试验及有限元分析

为提高718镍铬合金的疲劳强度,采用Nd:Glass强脉冲激光对其表面进行冲击强化处理.经X射线应力仪测试冲击区的残余应力场,利用Abaqus有限元软件,以Johnson-Cook(JC)模型作为本构关系,对其残余应力场进行分析计算.通过试验结果与仿真分析的对比,说明激光冲击能形成残余压应力层、提高疲劳寿命,选择JC模型作为本构关系是可行的,但由于应变率的差异,必须对JC模型材料参数数值进行优化,才能取得较精确的结果,并从激光冲击次数对残余应力场的分析进一步加以验证.结果表明,所提的JC模型材料参数优化方法简单易行.     

考虑细观缺陷和静力本构的混凝土动力本构模型

混凝土的动力特性一直是研究人员关心的一个问题。经典的细观力学方法虽然可以较好地描述混凝土的性质,但计算比较复杂。该文提出了一种考虑细观缺陷的混凝土动力本构模型,该模型不需要进行繁琐的计算,直接在混凝土静力应力应变关系基础上,考虑混凝土断裂韧度和微裂纹应力强度因子在静动力荷载下的差异,推求动力荷载下的应力应变关系。与试验结果对比表明,本文提出的理论模型能较好地反映混凝土的动力特性。     

精细指数积分法在卫星编队飞行动力学中的应用

编队飞行卫星间的距离远小于卫星的轨道半径, 其动力学方程表现为弱非线性。针对弱非线性方程的求解, 提出精细指数积分方法, 用精细积分法求解指数积分方法中的指数矩阵。用精细指数积分法和Runge-Kutta方法, 在不同条件下求解弱非线性方程的算例, 验证了精细指数积分法的有效性。通过Lagrange方程, 建立卫星编队飞行动力学方程的半线性形式, 用精细指数积分方法与Runge-Kutta方法求解方程。数值计算结果表明, 与同阶的Runge-Kutta求解弱非线性微分方程相比, 精细指数积分法具有更高的精度, 为卫星编队飞行动力学仿真提供了一种有效的数值算法。     

应力锥橡胶材料在变温环境下的力学性能

利用德国Zwick020材料试验机,进行高压电缆终端应力锥两种橡胶材料在不同温度环境下单向拉伸大变形力学行为的试验研究,得到不同温度和不同加载速率条件下材料的应力 应变关系曲线,并分析了温度及加载速率变化对材料力学性能的影响.运用Mooney Rivlin橡胶材料模型,对试验材料进行了理论分析,根据试验结果拟合出相关参数,构建了适用高压电缆终端应力锥两种橡胶材料的本构关系公式.对比不同温度下两种橡胶材料的理论计算和试验的应力值,说明该本构关系满足工程实际需要,为高压电缆应力锥的进一步研究提供了理论基础.     

非线性各向同性弹性体的率型描述

本文分别采用Jaumann应力率,Truesdell应力率和Green-Naghdi应力率导出了非线性各向同性弹性体的率型本构表达形式。通过对MooneY-Rivlin材料的简单剪切大变形分析,表明三种率型的本构关系均与全量本构关系相等价。     

基于试验的承重保温砌块本构关系

通过1：1尺寸蒸压加气混凝土砌块（砖）,模拟砌块在砌体中的实际受力状态,获得约束保温砌块的本构模型,为保温砌体分离式有限元分析提供基本力学参数．利用加载板与砌块之间的摩擦力,模拟砌块在砌体中的约束受压状态,通过5个保温混凝土砌块在伺服压力机受压试验中得到的应力-应变全曲线和数据处理,研究保温砌块受压的基本力学参数和两段...     

再生核质点法在非线性冲击动力学中的应用

利用再生核方法来构造计算域函数的插值函数，通过区域内的质点务数来实现数值计算，满足一致性要求；在大变形、大转动、大应变的情况下，引入Jaumann应力和应变速率张量来表征实际应力和应变速率，进而可以表征出材料冲击条件下的本构关系；将本构关系引入冲击过程虚功原理，采取Lagrangian描述的方法，并通过再生核质点方法将能量积分方程离散，推导了非线性冲击过程的再生核质点法计算控制方程，给出了方程求解的Newmark递推公式和Newton-Raphson迭代方法．通过具体实例来说明了再生核质点法在非线性动力学中的应用过程，并验证了计算方法的正确性．     

基于LS-DYNA的圆柱形破片侵彻靶板有限元分析

采用LS-DYNA的Lagrange算法,选择了适合金属侵彻问题的Johnson-Cook材料模型,建立了圆柱形破片侵彻钢质靶板的有限元模型。通过对数值运算的结果进行分析,得到了破片对靶板的动态侵彻过程及破片和靶板的变形和损伤、破片和靶板上的等效应力分布和选取单元的应力变化曲线;得到了破片在侵彻过程中的速度、加速度变化曲线。     

层合机敏结构的变形传递和层间应力分析

建立了一种承受弯矩及正应力加载下结构材料与压电陶瓷传感／执行器的应力应变传递关系模型，获得了位移、应力、应变等场量方程。模拟了压电陶瓷作为传感器时结构的变形传递及作为执行器时的应力分布和变形传递，并与实验和有限元分析结果进行了比较。结果显示：模型得出的理论值与试验和有限元结果较为接近；当本体材料两面贴压电陶瓷并加同向电压（即只受纵向载荷作用），本模型与已有的一些模型模拟结果近似，但此模型能同时分析承受弯曲加载的智能结构情况；压电陶瓷作为执行器时，层间正应力和层间剪应力在中间都比较平缓，到接近边缘处有一应力集中，实际制作时应加强此处粘接强度，以防在高应力加载或循环下压电陶瓷剥落。     

基于旋量理论的上肢康复机器人Kane动力学方程

引入基于旋量理论的运动旋量、力旋量及偏速度旋量等概念,推导得出五自由度上肢康复机器人的Kane动力学方程.结果表明,采用旋量理论分析机器人更加简明有效,比建立局部坐标系的D-H法更简易.Kane方程的求解只需加、减、乘运算,与拉格朗日、牛顿-欧拉等非线性动力学方程相比,计算效率更高,更易于实现实时控制.通过仿真研究了机器人各关节从初始位形到准备位形的角位移、角速度、角加速度以及驱动力矩,验证了基于旋量理论的Kane方程的正确性和有效性.     

金属陶瓷在高温下的变形规律

论述隔热技术在军用装甲车辆上的应用意义,分析发动机燃烧室应用隔热技术存在的困难和关键问题. 采用类比实验的方法,应用金属半固态加工理论和材料属性的研究方法,通过对金属陶瓷(以TiC-Ni为例)进行热模拟实验,研究金属陶瓷在高温下的变形规律和性能,从而探索性地研究陶瓷在高温下的破坏机理. 实验和研究表明:基于经典弹塑性及蠕变理论的本构方程,非弹性应变在高温下其本质上是时间相关的. 非弹性变形是由一单一的机理控制,宜用统一的方法,即把塑性及蠕变相联系起来的弹粘塑性本构方程来处理. 根据热模拟实验数据,采用多元回归的方法拟合出反映某金属陶瓷在高温下变形性能的数学模型,最后应用数理统计的方法对建立的数学模型进行检验,结果表明建立的模型是合理的.     

无限大压电材料薄板Ⅰ型裂纹断裂分析

研究了含中心裂纹的无限大横观各向同性压电材料薄板的平面问题。利用压电材料平面应变问题的本构方程,通过引入两个适当的函数,将力学问题转化为偏微分方程组边值问题。利用复变函数方法和待定系数法,选取适当的应力函数,借助不可导通边界条件,确定未知系数,得到满足偏微分方程组边值问题的解。推导得到裂纹尖端附近的应力强度因子、应力场、电位移场和位移场、电势场的计算公式。     

TC18钛合金多次冲击损伤演化规律

为了探究TC18材料在多次冲击下的损伤演化规律,参考夏比冲击标准设计了三点弯冲击试验件,开展了多次冲击试验。通过动态拉伸试验以及两个应变水平的低周疲劳试验获得了TC18材料的Johnsonson-Cook本构模型、Lemaitre损伤模型中的材料参数,引入修正因子改进了Lemaitre损伤模型,并编写了子程序,基于Johnson-Cook本构模型和改进的Lemaitre损伤模型对试验件进行了多次冲击数值仿真。结果表明,采用改进的Lemaitre损伤模型的有限元仿真结果与试验结果符合较好,TC18材料在多次冲击下损伤变化呈现两个阶段——缓慢累积和迅速增长。     

挠性机器人机构动力学方程的建立

本文导出了一般开链挠性机器人机构动力学方程。它是由关节广义坐标和杆件模态坐标联立的非线性微分方程组。对于一般形状的杆件,采用有限元离散化,将节点物理坐标转换到模态坐标,利用弹性模态的正交性简化计算,给出了广义惯性阵元素的显式表达式。对方程进行了讨论和简化。