相对损伤应力—Lemaitre等效损伤应力概念的修正及其在温度循环载荷下的应用

空洞损伤是受约束薄层韧性金属界面失效行为的重要特征,为评价不同温度下韧性金属的力学响应,对Lemaitre等效损伤应力概念进行了温度归一化修正,提出了相对损伤应力概念,并据此对软钎焊焊点在温度循环载荷下的热疲劳寿命数据进行了合理解释。     

45钢复杂应力状态下低周疲劳损伤准则

以单轴载荷条件下带有沟槽的轴对称试样作为基本模型，研究复杂应力状态下低周疲劳的损伤特性，对稳定循环阶段和非稳定循环阶段的损伤提出了不同的损伤定义，定义了局部有效应力损伤概念，并以此建立复杂应力状态下一种新的累积损伤准则，对４５钢低周疲劳损伤进行了分析。     

基于能量耗散的多轴应力状态下混凝土损伤模型

针对多轴应力状态下的混凝土损伤问题,假设损伤在主应力空间是正交各向异性的,选用Ottosen四参数破坏准则来确定多轴应力状态下混凝土破坏的极限应力,确定强度提高系数,结合Saenz提出的典型单轴本构模型建立等效单轴本构模型.根据Najar损伤理论,定义了综合损伤变量D,从能量耗散的角度提出一种用于多轴应力状态下的混凝土损伤模型.在计算损伤时采用精度较高的高斯积分法,通过对3种不同的三轴比例加载下损伤的研究,初步验证了模型的有效性,且模型形式简单,精度高,便于应用.     

HDPE土工膜温度应力及其应力松弛评价

利用弹性理论和粘弹性模型提出了温度应力和温度应力松弛的评价方法.采用拉压传感器、热电偶以及位移计研究了环境温度变化对HDPE土工膜温度应力的影响,以及HDPE土工膜温度应力伴随时间变化的规律.实验结果表明:HDPE土工膜的温度应力伴随环境温度的变化而变化,当环境温度下降时将导致HDPE土工膜收缩产生温度应力;在同一温度条件下,HDPE土工膜发生了温度应力松弛现象.运用提出的评价方法对温度应力及其应力松弛进行了评价,并与模拟试验结果进行了对比,温度应力松弛现象的解析结果与实验趋势一致.所提出的评价方法对HDPE土工膜温度应力及其松弛现象解析具有实际使用价值.     

厚板焊接接头残余应力和损伤分布的研究

对典型焊接方法下的厚钢板构件焊接性能进行实验和数值模拟研究.首先采用磁弹仪获得MP-σ标定曲线,通过磁弹性法测量得到厚钢板焊接接头残余应力;然后基于ABAQUS及其子程序DFLUX,模拟了厚钢板对接焊接全过程.对比数值模拟和实验结果表明:构件焊接接头纵向应力大于横向应力;沿Y轴的纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,厚度小于60mm焊件增加尤为明显.此外,本文耦合了焊接过程中的温度场、应力场,并考虑了积累损伤的影响,完成了焊接构件在低周往复荷载作用下的计算分析,结果表明,在低周往复荷载作用下焊接构件中的残余应力对累积损伤分布有较大影响.     

热轧钢延性损伤断裂过程各向异性的细观力学分析

对热轧钢中的长条形初始损伤孔洞承受不同方向最大正应力时的后续损伤演化和断裂的过程进行细观有限元分析.结果表明:热轧钢中的长条形夹杂物与基体剥离后形成的长条形孔洞在后续加载中,其周围产生的局部高应力应变集中及其相互作用使孔洞长大.孔洞长大行为存在明显的个体差异,个别大孔洞的快速长大和聚合对材料破坏起主导作用.当长条形孔洞承受不同方向的最大正应力加载时,孔洞周围产生的局部应力应变分布及其相互作用不同,孔洞长大速率及其聚合时的临界外加主应变不同,相应的材料延性起裂韧性不同.当最大正应力与孔洞长条平行时,韧性最高;垂直时,韧性最低.     

约束应力对AD95陶瓷弹击损伤特征的影响

采用53式7.62 mm穿燃弹侵彻不同约束应力下AD95陶瓷复合靶,观察了回收靶板的弹击损伤形貌,分析了弹靶作用过程和约束应力对AD95陶瓷弹击损伤特征的影响规律.结果表明,随着约束应力的增大,陶瓷面板损伤减小,完整性提高;当约束应力达到193 MPa时弹靶之间出现界面击溃现象.约束应力条件下弹击后4 mm厚陶瓷面板上存在两种同轴锥形裂纹,所构成的两个锥形体之间是陶瓷粉碎区;约束应力提高了陶瓷动态强度,抑制了陶瓷粉碎区的生长,延长了弹靶作用中dwell的持续时间,快速消耗了弹丸动能,减小了靶板损伤.     

混凝土结构的损伤模型及损伤场分析

混凝土结构在外界因素如荷载、温度等作用下,将会产生应力和应变,根据损伤力学的概念,混凝土结构同时将会发生损伤并且产生损伤积累,从而导致材料性能不断劣化,最终产生宏观裂缝直至整个结构破坏.本文提出了一种损伤—应变耦合模型,可计算混凝土结构的损伤场随荷载变化的全过程.3点弯曲梁的算例表明,该模型的分析结果更符合混凝土结构的实际应力场和位移场变化情况,从而为复杂混凝土结构的损伤仿真分析研究奠定了基础.     

材料损伤的约束应力区裂纹模型与求解

以约束应力描述材料的损伤程度,约束应力的大小和分布取决于材料的损伤状态,建立了描述材料破坏过程的约束应力区裂纹模型。考虑约束应力为线性分布,在远场均匀拉应力作用下,采用Muskhelishivili方法对I型约束应力区裂纹模型进行求解,得到了应力强度因子与裂纹张开位移的解析解。并通过数值计算研究了各因素对应力强度因子与裂纹张开位移的影响。     

斜轧零件应力应变特征与内部低周疲劳损伤机制

采用ANSYS／LS—DYNA软件，建立了斜轧零件基本变形过程的三维有限元分析模型，对不同工况下的斜轧过程进行了计算机数值模拟分析，仿真结果揭示了斜轧过程中轧件内部应力应变场的分布规律；导致Mannesmann缺陷的主要原因是在发生大塑性应变变形情况下，金属内部在承受交变应力作用下产生低周疲劳损伤和破坏。     

带缺口圆试棒的韧性损伤细观力学分析

本文利用修正的 Gurson 塑性势和有限变形理论,建立了有限变形下韧性损伤的弹塑性有限元方程,并给出了一种孔洞体积分数率的演化模型.利用数值方法,详细地研究了缺口试棒的缺口曲率半径对其损伤分布和破坏形式以及应力三轴度的影响.     

温度及应变速率对7075铝合金临界损伤因子的影响

解析Cockroft-Lathem韧性累积损伤计算原理,提出基于损伤敏感率演变规律求解临界损伤因子的方法。完成不同温度和应变速率条件下多组7075铝合金试样的热物理模拟压缩试验,以采集到的真实应力应变数据作为数值计算损伤值的底层材料模型,以最大损伤值出现的镦粗鼓外缘部位为研究区域,获得损伤敏感率在变形初期快速下降至后期逐步趋于0的损伤软化规律,而损伤软化现象对应变速率较为敏感。以损伤敏感率为0作为临界损伤因子出现的时机,获得7075铝合金在温度573～723K、应变速率0.01～10s-1下的临界损伤因子分布规律。结果显示其不是常数,而是为在0.255～0.453范围内变化的变量,其在高的温度下对应变速率更为敏感,在高的应变速率下对温度更为敏感。     

PMMA应力银纹损伤的实验研究

实验采用显微镜对PMMA———有机玻璃的变截面试件在不同时间的蠕变条件下的银纹损伤进行实验后观测,将银纹所占的面积和所取图象视场占的总面积的比值视为银纹密度D,通过对银纹密度的测量得到银纹损伤随时间和应力的变化规律.     

陶瓷基金属复合材料残余应力的计算及其增韧效应分析

分析了韧性金属颗粒增韧陶瓷复合材料的残余应力对增韧的影响，指出残余应力的存在提高了金属颗粒作用于裂纹表面的桥联应力，对增韧有一定的贡献．运用Ｅｓｈｅｌｂｙ方法导出了两相复合材料残余应力的理论计算式，为该类材料的增韧设计提供了思路．     

初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型

膏体充填料到达采场初始温度不同是矿山存在的普遍现象,不同初始温度条件下膏体力学特性及应力-应变关系直接影响到矿山采充周期及相邻采场开采时贫化指标.通过对初始温度为2、20、35和50℃的硬化膏体进行单轴抗压强度试验,获得不同初始温度下充填体应力-应变演化曲线.根据理论推导和试验结果,建立了不同初始温度下膏体损伤本构模型,通过本构模型参数回归,提出膏体温度-时间耦合损伤本构模型.最后,采用Comsol数值模拟软件,将温度-时间耦合损伤本构模型嵌入solid mechanics模块,对单轴抗压试验进行数值模拟,模拟应力-应变曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出本构模型的可靠性.     

节理特性对花岗岩起裂应力和损伤应力影响规律颗粒流模拟

节理花岗岩起裂应力、损伤应力的研究对认识其渐进破坏过程和脆性破坏机制具有重要意义.利用细观颗粒流软件模拟了不同长度、倾角的单节理花岗岩单轴压缩试验,并通过监测微裂纹确定其起裂应力和损伤应力,研究了节理长度、倾角对起裂应力和损伤应力影响规律.结果表明:当节理方向与加载方向夹角α一定时,随节理长度L增加,起裂应力和损伤应力逐渐递减,其中α为30°~60°时,递减幅度最大;而当L一定时,随α增加,起裂应力、损伤应力先递减再递增,当α为90°时,起裂应力略有下降;当α为45°时,起裂应力最小,而当α为30°或45°时,损伤应力最小.单节理花岗岩起裂应力与峰值应力比值介于29.1%~45.04%,大部分大于完整花岗岩,而其损伤应力对节理长度、倾角变化的敏感度要大于峰值应力,其值介于72.84%~83.25%,大于完整花岗岩.节理花岗岩起裂应力和损伤应力大小与其破坏模式有关,当主破坏面裂纹起裂和扩展始于节理尖端而沿节理方向时,起裂应力和损伤应力最小.     

初始损伤影响钢的低温解理断裂韧性的细观力学分析

通过长条形孔洞附近的局部应力应变分布的细观有限元模拟计算,对初始损伤影响钢的低温解理断裂韧性的原因进行了研究.计算结果表明,预加载时引入的长条形孔洞缺陷在后续低温加载时,其前端产生了局部高应力应变集中,促使了解理裂纹的形核(pε≥pεc)和扩展(yσy≥fσ),使解理发生在较低的载荷下,引起了韧性的降低.随预载荷比P0/Pgy的增加,材料中的损伤量和损伤孔洞的尺寸增大,引起的局部高应力应变集中程度增大,可促使解理发生在更低的载荷下.这就是随着预载荷比P0/Pgy的增加,材料的缺口解理断裂韧性Pf/Pgy降低的细观力学原因.     

各向异性导电胶应力松弛力学行为

对固化后的各向异性导电胶(ACF),利用动态力学分析仪进行了单频和多频温度扫描试验,确定了ACF的玻璃化转变温度,得到玻璃化转变温度与频率的关系式.在不同温度和应变下进行了应力松弛实验,实验发现:在一定(25、80、120 ℃)的温度下,随着应变值的增加,初始应力和在任一时刻的松弛应力都增加;随着温度的提高,应力松弛的松弛率在增加,并且在不同应变下的松弛曲线变得接近;当温度达到玻璃化转变温度附近时,ACF的应力松弛曲线与应变无关.并进行了湿热老化对ACF应力松弛力学行为的实验研究.     

冻融损伤混凝土的应力应变关系

为了研究寒冷地区冻融损伤混凝土的力学性能,对108个普通混凝土试块进行了冻融损伤试验,探究在不同冻融次数作用下试块表面的损伤特征、质量损失率以及饱和含水率的变化特点,通过混凝土压缩破坏试验得到了其在不同冻融损伤程度下的破坏特征和应力应变值。试验研究表明,随着冻融次数的增多,试块的质量损失率先减小再增大,在第45次冻融时试块的质量损失率达到最小值;试块的饱和含水率则是先减小后增加,在第50次冻融循环时饱和含水率达到最小值。另外,还提出了冻融循环境下单轴受压混凝土在不同冻融循环次数条件下的应力-应变关系计算模型。     

利用超声波和温度梯度测量金属内部应力的新方法

在定量无损检测的研究中,K.Salama证明了超声速对温度的导数与金属内部应力之间存在一种线性关系。基于这种关系,通过稳态测量可以确定金属内部的应力值。本文进一步研究了随时间变化的温度梯度及超声速的变化对金属内部应力场的混合效应,并在此基础上提出金属内残余应力分布的动态检测方法。