基于非关联流动法则的滑移线场及上限法研究

当前岩土材料的滑移线场理论及上限法中都广泛采用经典塑性理论中的关联流动法则,由此得出应力特征线与速度滑移线一致的结论。而试验得知,岩土材料并不服从关联流动法则,因而应力特征线与速度滑移线不可能重合。文章分析了基于关联流动法则的滑移线场及上限法中存在的问题,根据广义塑性理论推导了基于非关联流动法则的滑移线场及上限法,消除了现行滑移线场理论及上限法理论中的种种矛盾。     

滑移线场理论中不同流动法则的极限分析有限元解

广义塑性理论表明,关联流动法则是非关联流动法则中的一种特殊情况.从理论上证明了在非关联流动法则条件下,速度矢量方向与破坏面夹角为φ,而不是目前通常采用的φ/2,澄清了传统滑移线场理论中对于这两种流动法则的模糊认识.通过极限分析有限元法,再次证明了滑移线场理论中用关联流动法则与非关联流动法则可得到相同的应力滑移线、极限荷载及速度滑移线,只是速度矢量方向不同.说明极限分析有限元法不仅可以精确地解决求地基极限荷载问题,而且有助于搞清滑移线场理论中采用非关联与关联流动法则的区别.     

检验滑移线场解的新途径

金属塑性成形问题因边界条件复杂通常只能求得近似的滑移线场解。为判定适用条件或作出修正,对这种解要进行实验检验。本文论述了滑移线场中理论速度分量等值线的概念及作法。云纹法可测出模型或实物在成形过程中的位移增量(速度)分量等值线。将理论与实验的等值线图作比较,可从速度场方面检验滑移线场解。结合圆盘承受径向压缩平面流动问题阐明了检验过程。结果表明,延伸至圆盘中心的有心扇形场适用于较小的高宽比(h/w≤3.64)。根据云纹图,对h/w≥5.43的情况提出了改进的滑移线场解。     

超塑性压缩变形的理论计算及比较

本文论述了超塑性压缩变形的粘塑性有限元计算方法,对硬铝压缩变形进行模拟计算,得到变形过程中的速度分布、应变率分布,应变分布、应力分布等一系列变形流动信息; 与计算圆柱体超塑性压缩流动应力的上限法、滑移线法和变分法进行比较.计算表明,有限元法和变分法的结果比较接近实验数据.     

轴对称复合挤压问题上限解

复合挤压问题是金属成型塑性理论中的一个新的研究课题。迄今发表的文章大都采用平面应变滑移线法作的近似分析。一般地讲,应用滑移线法求解轴对称流动问题是不适用的。本文用上限法对轴对称复合挤压(杯——杆状)进行分析,导出了其上限解.     

基于滑移线场理论的边坡稳定性有限元分析

依据统一强度理论和潜在滑移线理论,引入统一材料参数定义,建立适合数值计算的全区域滑移线场方程,根据有限元计算得到的应力场,在弹性区域和塑性区域,分别数值模拟滑移线场,由滑移线场追踪临界滑动面,计算安全系数,解决边坡稳定性分析问题.结果表明,该方法是有效的,可在此基础上分析不同的屈服准则下安全系数和临界滑动面位置的差别.     

用逼近法求解滑移线场的研究

本文论述用逼近法和电子计算机求解复杂边界条件下的滑移线场，使网格节点正好落在需要位置的方法，以及采用库伦摩擦条件求解滑移线场和应用计算机绘图仪绘制滑移线场的方法。使滑移线场的求解达到很高的精度。     

横向挤压过程的模拟分析

本文对等径T形件的横向挤压过程进行了实验研究,验证了等径T形件横向挤压时的金属流动过程属于平面变形问题的假设,并分别运用滑移线法和刚塑性有限元法对该过程进行了理论分析和模拟计算,计算结果与实验研究一致.     

齿轮闭式锻造新工艺方案的数值模拟研究

齿形充填不满和成形力过高是齿轮闭式锻造典型方案的缺陷。模具几何形状是影响金属塑性流动的主要因素之一,通过改变模具的几何形状可以改变金属的塑性流动。文章通过有限单元法,对3种设计方案进行了二维模拟计算,从数值模拟结果中获得了各方案的应变场和速度场的分布情况,并进行比较分析,得出一种合理可行方案,该方案的坯料沿径向流动速度分布较为均匀;最后,通过三维有限元模拟技术进一步对可行方案进行验证,发现齿轮充填饱满,成形效果较好。     

统一强度理论的又一重要推广

统一强度理论,由于其理论模型清晰合理、数学表达式简洁完美、应用范围广泛而受到重视,并成功地推广为统一弹塑性本构模型、塑性平面应变统一滑移线场理论和多种实际问题的研究．文中进一步将统一强度理论推广为塑性平面应力特征线场问题,指出了它的推广思路、应用的可能性以及建立塑性平面应力统一特征线场理论的意义．     

用滑移线场法研究切屑卷曲的探讨

本文提出了根据刀～屑接触面力学边界条件求滑栘线场速度场数值解的方法,并根据计算结果对前刀面附近的二次塑性流动和切屑卷曲机理作了初步的探讨。分析结果表明,塑性变形区的不均匀变形以及由此而产生的切屑流出速度不均匀,是造成切屑卷曲的主要原因。     

聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内三维粘弹流动分析

利用罚函数有限元法，采用PTT粘弹模型，对聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内的三维等温流动进行了数值模拟，得出了不同挤出量下的速度和应力分布．结果表明：口模截面上流动中心位于流动阻力较小的部分，而且这部分的流速较快；必须依据流动阻力的大小来匹配组成口模截面的各部分所对应的成型区长度，流动阻力大的部分，长度应较小，以免产生流动不平衡从而导致挤出物离模后的扭曲；过渡区对熔体在其上游的稳流区和在其下游的成型区内的流动均有明显影响；聚合物熔体的松弛时间对熔体流速无影响，对剪切应力的影响非常小，随着松弛时间的增大，熔体的粘弹性拉伸应力下降，而且熔体粘弹性拉伸应力对总拉伸应力的贡献很大．     

轴对称塑性变形问题的广义滑移线方程推导

提出了广义滑移线的概念，推导出轴对称塑性变形问题的广义滑移线方程发展了工程塑性力学的解题方法：求解了初始高径比Ｈｏ／Ｄｏ＝２．３３的圆柱体试件在普通平板间镦粗３０％时的应力场，计算结果得到物理模拟实验的证实，与理论模型相吻合。     

COREX竖炉物料运动流型及瞬态特性的离散元模拟

基于离散单元数值计算方法,建立COREX竖炉内物料颗粒尺度运动行为的数学模型,研究炉内物料运动流型及其瞬态特性,特别是颗粒的瞬态速度和瞬态应力分布.模拟结果表明:COREX竖炉内存在三种类型的流动区域:活塞流区、准停滞区以及沟流区.炉内颗粒的瞬态速度分布表明炉内存在两种类型的速度波:装料过程引发的向下传播的速度波和底部排料引发的向上传播的速度波.COREX竖炉内颗粒法向应力随时间的变化较小,竖炉底部导流锥顶部存在较强的应力区,而无导流锥竖炉底部中心存在较强应力区,沟流区的应力较弱.     

应用激光流体应变率仪测量壁面阻力

激光流体应变率仪是能将流体边界层的近壁区线性速度分布与菲涅尔双棱镜分光形成的干涉条纹的间距线性特性结合起来的测量仪器,能够直接测量固体表面边界层的速度梯度,而且不干扰流场,并由速度梯度可推出壁面剪切应力。用这种仪器在二维流动管道中进行了测量层流和湍流的初步试验。试验表明,对层流的测量结果与理论分析基本一致。因此,该仪器可作为流体边界层的壁面阻力测量及监视工具。     

血管结构对血管机器人外流场的影响研究

血管结构对血流流动参数产生影响,也会对介入的血管机器人外流场产生影响。将螺旋驱动的血管机器人介入到实际血管的血栓变窄位置的下游、分叉位置的上游、弯曲位置的下游,通过两相流场数值模拟分析,发现不同的血管结构对血管机器人外流场影响不同。血流脉动速度上升时,血栓变窄位置流动会对血管机器人产生阻碍作用;分叉位置上游血流使血管机器人尾流低速区增大;弯曲位置下游血流使血管机器人近前部速度不均匀,尾部有较大区域的低速涡流区,会影响机器人运行;而且均是头部受到红细胞的剪切应力较大。血流脉动速度下降时,血栓变窄位置血流会对血管机器人产生助推作用;分叉位置上游血流会使血管机器人前端区域速度非均匀分布,会对血管机器人运行产生影响;弯曲位置下游血流使血管机器人头部低速区的范围较大,而尾部流速较高:除了分叉位置上游血流红细胞对血管机器人头部产生较大的剪切应力,其他两种结构下血流红细胞对机器人尾部剪切应力较大。     

聚合物溶液在波纹管中的流动规律

采用上随体Maxwell本构方程描述聚合物溶液的流变性,用数值方法研究了黏弹性聚合物溶液在油藏孔隙模型——波纹管模型中的流动.分析了具有不同黏弹性质的聚合物溶液在油藏多孔介质中的流动规律.研究结果表明聚合物溶液在波纹管中心线处的流速最大且黏弹性对此处速度的的影响较大;黏弹性聚合物的第一法向应力随威森伯格数(We)的增大而增大,且越靠近壁面处,第一法向应力越大,受We的影响越大;与第一法向应力相比,剪切应力随We的增大变化非常小.     

管流与环缝入流的管内合流特性──等温浓度场与紊流特性实验研究

在对管流与环缝入流的管内合流特性完成等温速度场实验研究的基础上，以对应一致的实验条件，实测了时均浓度分布，紊流正应力和紊流切应力分布．结果证明：浓度分布有与速度分布相一致的变化趋势和规律，但合流后截面上浓度均匀化比速度均匀化慢；合流动量相交产生附加雷诺应力，并决定合流后速度分布和浓度分布的均匀化进程．为建立系统的化学反应流动规律提供基础．     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞流场数值模拟

应用雷诺应力模型，模拟了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的水力特性。数值模拟与试验结果比较表明，雷诺应力模型模拟水平旋流泄洪洞的水力特性是可行的，泄洪洞底部压强沿程呈减小变化规律并与实测值一致；轴向流速沿径向呈峰值靠近壁面的抛物线分布，切向流速呈强迫涡和自由涡的组合涡分布，自由涡占大部分区域，轴、切向流速模拟值与实测流速值均符舍得较好。并计算和分析了空腔环流的压强等值线、湍动能、湍动耗散率、旋流夹角等的沿程变化，揭示了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的一些特有的水力特性。