航空铝合金应变空间弹塑性本构模型

从应变空间表述的塑性增量本构模型一般形式出发,根据航空铝合金等线性强化材料特性建立应变空间弹塑性本构模型。应变空间本构模型所需参数通过应力空间中对应参数转化得到,材料的屈服准则、流动法则、内变量和塑性模量等准则及参量均以应变空间的形式建立,从而构建适合铝合金等线性强化材料的弹塑性增量模型。通过算例计算,证明该模型与应力空间增量本构模型等效。该模型所需计算变量为可在线获得的应变,使应力分析计算大为简化,可以方便地求解应力空间本构模型难以求解的强化材料变形问题。因此特别适合于航空铝合金厚板预拉伸等金属变形加工工艺的应力分析。     

金属材料循环加载本构关系有限元模型的二次开发

金属材料多轴循环本构关系与加载路径强烈相关,只有建立路径相关的金属弹塑性本构关系模型,才能对复杂的多轴循环载荷下的机械零部件进行准确的应力应变分析和疲劳寿命预测。基于增量理论,建立金属材料弹塑性本构关系的有限元模型,并利用Ansys有限元软件下的UPFs对Ansys单元本构关系进行了二次开发。最后对二次开发的单元本构关系模型与Ansys自身材料库模型进行了算例对比,开发的单元本构关系模型计算结果准确可靠,可以进行金属材料循环加载下的应力应变分析。     

热疲劳过程力学行为的数值模拟

采用运动强化模型和热弹塑性理论对轴对称问题的热疲劳过程进行了有限元数值模拟。计算中，采用增量理论模拟热疲劳的循环加载过程，采用初应力法对每一增量步下进入塑性单元的应力应变进行迭代计算，同时考虑了温度对材料性能、蠕变及应变速率的影响。还对４５号中碳钢圆柱形试件进行了同相和异相热疲劳试验。试验与计算表明：利用本文的数值模拟程序计算得出的滞后环与试验结果相吻合。     

叶片有限元分析中弹塑性过渡区应力奇异产生原因及解决方法

采用弹塑性有限元法、借助大型商业有限元软件对汽轮机叶片进行应力分析时,弹塑性过渡区应力的计算值有时会高于塑性区应力的计算值,即会产生应力奇异现象。为分析产生这一现象的原因,以8节点六面体单元为例,研究了有限元法计算应力的过程,并在理想弹塑性的条件下,采用有限元法和解析法计算了弹塑性过渡区单元节点应力。研究发现,有限元法通常采用高斯积分点应力值外推插值法得到单元节点应力,当单元一部分位于弹性区、另一部分位于塑性区时,这种外插算法会导致节点应力计算值高于结构的实际应力,甚至超出理想弹塑性材料的屈服极限,从而造成应力奇异。研究表明,在叶片弹塑性的有限元分析中,采用相邻高斯积分点应力加权平均的方法计算单元节点应力,可有效避免弹塑性过渡区应力产生奇异的现象。     

偶应力/应变梯度弹塑性理论有限元实现

引入了偶应力弹塑性理论的增量形式,并提出了一种新的应变梯度理论,该理论引入了两个细观材料长度,结构较为简便.采用RCT9+RT9单元对软化材料的剪切带问题进行分析,该单元无多余零能模式且满足C0-1分片检验,即同时满足C1常曲率分片检验和C0线性应力分片检验.数值结果表明,利用传统弹塑性理论分析剪切带问题会出现显著的网格依赖性现象,而偶应力/应变梯度理论可以有效地避免这一问题,使计算结果收敛,此外,剪切带宽度随细观材料长度的减小而变窄.     

柱壳结构弹塑性稳定性分析的半解析有限元法

对圆柱壳结构在承受外压作用下发生失稳屈曲的研究,几何方程采用大位移的应变位移关系,物理方程采用弹塑性分析的应力应变关系,导出了圆柱壳单元弹塑性分析的切线刚变矩阵。计算中,为了追踪失稳屈曲完整的平衡路径,在位于极值点邻城内的每一增量步中,我们采用控制弧长约束下的增量——迭代法进行计算,使计算效率大大提高。     

基于广义位势理论的岩土塑性应变增量方向非唯一性问题

基于广义位势理论提出的考虑拟弹性的弹塑性模型(拟弹性弹塑性模型)把总的塑性应变分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,这样分解后建立的模型更为合理和简便,同时又可以解决岩土塑性应变增量方向非唯一性的问题。研究结果表明:基于广义位势理论的拟弹性弹塑性模型的模拟效果较好,传统的弹塑性模型只能反映塑性应变增量方向的唯一性,而拟弹性弹塑性模型则能够同时反映塑性应变增量方向的唯一性(高应力水平时)和非唯一性(低应力水平时),结果更符合实际,从而为解决塑性应变增量方向非唯一性问题提供了一种有效的方法。     

J-积分的弹塑性分析

讨论了塑性区内J－积分与积分路径的关系问题，研究了积分塑性项对J－积分的贡献，分析了铝合金7075－T651和钢HT－130材料的紧凑拉伸试件在不同载荷下J－积分与积分路径的关系。计算结果表明，在弹塑性情况下，塑性区内的J－积分是与积分路径相关的，这一性质是由积分塑性项Jp所决定，完整的J－积分值由应力强度因子K1和积分边界所围区域内的塑性能up共同决定。     

基于连续本构模型的泡沫铝弹塑性断裂问题无网格法分析

应用无网格伽辽金法对单轴远场拉应力加载下泡沫铝弹塑性断裂问题进行了分析.首先,基于连续本构模型,将泡沫铝考虑成塑性可压缩材料,并通过引入Weibull分布,建立了宏观尺度上的泡沫铝本构关系.其次,在无网格伽辽金法的基础上,采用应力应变增量形式表征材料的弹塑性本构关系,用罚函数法施加本质边界条件,并考虑裂纹区的不连续性,用Newton-Raphson增量迭代实现非线性分析.最后通过算例讨论了概率参数对本构关系的影响,及泡沫铝相对密度与J积分值的变化规律.算例分析表明Weibull分布中的尺度参数对泡沫铝的宏观力学性质和断裂参数J积分有较大影响,而形状参数影响较小.     

弹塑性边界元中强奇异积分的一种新的计算方法

采用边界元法分析弹塑性问题时,需要解决塑性域剖分单元上的强奇异积分汁算问题。本文以二维问题为例,建议一种任意等参体单元上强奇异积分的新的计算方法。其主要原理是引入一种恒等分解,使含强奇异部分的积分与坐标变换无关。利用基本解性质,该积分的奇异性可以消除并可降阶,本文的方法是半解析的,计算精度高。方法的基本思想普遍适用于任意二维和三维等参体单元。     

Numerical Simulation of the Mechanical Properties and Failure of Heterogeneous Elasto-Plastic Materials

A general numerical approach was developed to simulate the mechanical properties and the failure of heterogeneous elasto-plastic materials using statistical distributions of the material properties. An appropriate elastic-plastic constitutive relation is used to describe the material behavior and failure in each element, with a two-parameter Weibull distribution used to produce the initial heterogeneous material property variations. An adaptive incremental load-step is applied so that only one or a few elements (or integra- tion points) change their status (i.e., from elastic to plastic, or from plastic to strain failure) within one load step. A failed element is then assigned a very small modulus to simulate the failure rather than removing it from the model, which keeps the continuity of the geometric mesh. The numerical results show that the model is suitable for simulating the effective mechanical properties and failure of heterogeneous materials with local elasto-plastic constitutive relations.     

Ⅰ型平面应变定常扩展裂纹线场分析

本文合理地假设了近裂纹线塑性区外的弹性场的形式,从弹塑性理论的基本方程出发,通过在裂纹线附近弹塑性边界上应力和变形的匹配,得出了理想弹塑性不可压缩材料平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹,近裂纹线的应力与变形场,以及弹塑性边界的单位法向量和长度,并基于裂纹前方一确定距离处的应变准则,给出了定常扩展判据.     

理想弹塑性材料平压头压痕试验过程的理论分析

针对理想弹塑性材料平压头压痕问题,对荷载位移关系曲线进行了理论分析,推导出分别对应材料不同塑性发展阶段阈值的2个压力特征值点,并利用有限元方法对压痕试验过程进行了数值模拟,验证了这2个压力特征值点和卸载曲线斜率的理论计算公式.以线性强化弹塑性材料为例,着重分析了压痕试验荷载位移曲线对塑性参数的敏感性.结果表明,可以通过压痕试验来确定材料的弹塑性参数.     

三维初应变问题中区域变量的边界型积分公式

给出了用边界单元法求解三维初应变问题时区域型变量的边界型积分公式的显式．首先将区域型变量用完全多项式展开,然后利用积分核之间的内在联系以及高阶基本解,将相应的区域型积分转化成边界型积分,并简述了边界型积分公式的应用．     

基于径向积分边界单元法的内场声学分析

由于Helmholtz方程的基本解是频率的函数,传统边界单元法在处理声场特征值问题时具有天生的缺陷.采用Laplace方程基本解生成积分方程,通过径向积分法将在此过程中产生的域积分项转化为边界积分.此方法克服了传统边界单元法系数矩阵对频率的依赖,同时克服了特解积分法和双重互易法对特解的依赖,将内场声学特征值问题转化为广义特征值问题.最后通过内场声辐射分析和声学特征值分析验证了算法的有效性.     

不同力学模型下锥颈对焊法兰的有限元应力分析

应用有限元应力分析法对常用的Pg50 Dgl50的锥颈对焊法兰进行了弹性轴对称、三维弹性及弹塑性应力分析.将法兰、垫片及螺栓作为组合结构进行整体分析研究,并与传统的法兰计算方法——Waters法的结果作了比较.分析了法兰在最大螺栓载荷和内压为5.0MPa下,局部区域进入塑性区的扩展过程.采用国际上普遍应用的线性结构分析程序SAP5和非线性结构程序ADIlqA,在M-240D计算机上进行了有限元计算.     

涂层结构中温度场的边界元法分析

涂层结构材料的温度场分析由于受涂层厚度尺寸的限制,一直以来是数值计算的难点。文章采用多域边界元法,将涂层结构分为基体和涂层2种不同的子域,在涂层域中引入一种完全的解析积分算法,解决了边界元法分析涂层结构温度场问题中存在的几乎奇异积分难题,计算了涂层结构在不同层厚比时涂层内的温度和热流;算例证明该方法可比常规边界元法大为有效地求解超薄涂层结构中温度场分布问题。     

地质材料弹塑性本构关系的塑性势理论

介绍塑性势理论的由来、发展和现状。地质材料全过程应力?应变曲线在峰值前后具有不同的稳定状态, 因此其弹塑性本构关系必须在应变空间中表述。给出基于塑性势理论在应变空间和应力空间中的地质材料本构关系, 并讨论弹塑性耦合理论。当前在有限元位移法分析中, 常用的塑性势理论本构关系式是应变空间表述的实用形式。弹塑性耦合理论较为严密和完善, 但地质材料刚度劣化参数还需更多的实验数据支持。     

弹塑性摩擦接触多极边界元法的规划-迭代型算法

提出一种基于多极边界元法（FM-BEM）的规划-迭代型不完全广义极小残值法（简称IGMRES（m）并建立其收敛性理论．新求解算法采用截断技术,在迭代时仅使用前面计算出的部分向量构造新的递推式计算后面的向量,矩阵和向量的乘积采用多极展开法（FMM）计算,使得计算量和存储量大为减少．通过数试验证明,新算法可有效地处理弹塑性摩擦接触迭代的繁杂和费时问题,在确保数值计算精度的前提下,大大减少迭代次数,显著提高计算效率．