一种有限变形情况下高聚物本构模型

根据一维弹簧和阻尼器的组合,我们模拟了高聚物率相关性、应力松弛和徐变。以此为出发点,我们建立了三维有限变形下高聚物的本构模型。模型中,采用了粘弹性和弹塑性并联组合,在粘弹性中,本文客观应力率采用了对数共旋应力率,弹塑性分析中采用了有限变形的弹塑性变形分解,这种分析不同于变形率的弹塑性和式分解,也不同于Lee的变形梯度弹塑性乘积分解,本构关系客观性要求体现在率型本构方程得积分之中。最后,在不同在加载条件下进行了简单剪切变形计算。     

形状记忆聚合物的宏观力学本构模型

建立有效描述形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer,SMP）的热力学行为、且便于工程应用的宏观力学本构模型具有理论和工程意义.在前期研究的基础上,应用固体力学和热黏弹性理论建立了描述复杂应力状态下SMP在实现形状记忆效应热力学过程中,即在高温变形过程、应力冻结过程、低温卸载过程和形状恢复过程中热力学行为的宏观力学三维本构方程.利用DMA实验结果,建立了描述SMP在玻璃体转化过程中,材料参数和温度间关系的材料参数方程.应用所建立的力学本构方程和材料参数方程,数值模拟了SMP的高温变形过程、应力冻结过程、低温卸载过程和形状恢复过程,并分析了加载率和温度变化率对SMP热力学行为的影响.数值模拟结果和与现存SMP力学本构方程和材料参数方程的对比表明,本文建立的由力学本构方程和材料参数方程构成的SMP宏观力学三维本构模型,能有效地描述SMP的热力学行为,可为SMP的工程应用提供理论基础.     

蠕变理论中的积分算子计算方法

本文介绍了比较适于描述岩石随时间变形性态的所谓流变模型,推导出这些流变模型本构方程的微分表达式.详细介绍了各种积分算子符号及其相互间的关系,并以凯尔文流变模型本构方程的微分表达式为例,叙述了微分表达式转化为积分表达式的过程,阐明了解粘弹性理论问题时常用的积分算子方法的理论基础和积分算子运算方法.     

基于嵌套思路的饱和孔隙-裂隙介质本构理论

为了指导本构建模工作,需要建立饱和孔隙-裂隙介质的一般本构理论框架.首先,从混合物理论和嵌套思路出发,获得饱和孔隙-裂隙介质的能量平衡方程.其次,根据热力学功共轭特性确定了饱和孔隙-裂隙介质本构方程的应变状态变量和应力状态变量.再次,根据热力学局部平衡假定,获得饱和孔隙-裂隙介质的自由能势函数一般本构方程.最后,从一般自由能势函数本构方程出发,获得孔隙骨架和裂隙骨架变形相互耦合的各向同性线弹性方程.当孔隙骨架和裂隙骨架变形解耦时,该方程能够退化到Khalili线弹性方程.研究表明,在小应变情况下固相应变可分解为裂隙骨架应变、孔隙骨架应变与固相材料体应变之和;当混合物均匀化响应原理成立和流相材料本构模型与单相一致时,裂隙骨架应变、孔隙骨架应变、固相材料体应变、裂隙流相材料体应变和孔隙流相材料体应变分别唯一决定裂隙介质有效应力、孔隙介质有效应力、固相材料真实压力、裂隙孔压和孔隙孔压;当自由能函数是状态变量的二次函数时,可获得线弹性本构模型.     

蜂窝材料面内变形的极性本构方程和贮能机理

用等效偶应力和不对称的等效应力描写蜂窝材料面内变形的等效本构方程。这种本构方程相应的平面场分析说明，这类材料具有优异的储能性质。     

氮含量对0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢高温热变形行为影响

采用Gleeble3800试验机对三种不同N含量的0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢进行等温热压缩实验.通过对真应变-应力曲线及压缩后变形组织的观察,发现相同热变形条件下,N含量的增加提高了试验钢的流变应力,抑制了再结晶晶粒长大.采用Zener-Hollomon参数,以流变应力方程为基础,构建三种本构模型.通过观察拟合应力值与实验值的离散性,确定双曲正弦模型更适用于本试验钢的本构方程计算,优化此计算模型,获得了三种试验钢的本构方程.     

功能梯度材料梁的非线性研究

研究了热/机械载荷作用下几何非线性对功能梯度材料梁的位移及应力的影响。首先根据一阶剪切变形梁理论推导了机械载荷条件下功能梯度材料梁位移和应力的平衡方程,热载荷条件通过求解一维热传导方程即可获得;然后采用解析法和摄动技术两种方法对平衡方程求解,并利用非线性应变-位移关系分析非线性对位移和应力的影响;最后引入算例采用不同方法计算功能梯度材料梁的位移及应力并对比分析。数值计算结果表明,几何非线性对梁的位移和应力的影响是显著的,材料常数和边界条件对梁的非线性弯曲也有一定的影响。这种求解非线性平衡方程解析解的新方法对高阶剪切变形和层理论有一定的指导意义。     

考虑温度记忆效应的形状记忆合金本构模型

近年来在形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）中发现的由于不完全马氏体逆相变引起的温度记忆效应,在智能材料与结构等领域具有潜在的应用价值,建立克服现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应这一局限性的SMA本构模型具有理论和工程实际意义．本文在前期研究的基础上,基于作者提出的形状记忆因子的概念,综合运用热力学、连续介质力学和马氏体相变学的相关理论,建立了描述SMA的形状记忆因子、应力、温度间关系的形状记忆方程和描述SMA的应变、应力、温度间关系的力学本构方程．由形状记忆方程和力学本构方程构成的SMA本构模型,克服了现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应的局限性．数值结果表明,该SMA本构模型能有效描述经历不完全马氏体逆相变的SMA的热力学行为,可为SMA温度记忆效应的应用研究提供理论基础．     

一种可应用于旋流计算的非线性代数应力模型

从Rodi提出的代数应力模型出发，根据张量不变性函数理论，导出雷诺应力与平均速度梯度之间较通用的，含有速度梯度二次导项的模型公式。该模型保所需系数与ASM中的系数常数完全相同。非线性本构方程为显式关系式，在体现了非线性关系的同时，又避免了求解应力的代数方程组难于收敛的困难。     

多轴非比例加载下循环硬化的数值模拟

本文应用一整合的粘塑性本构模型数值模拟了高温多轴非比例循环应力作用下退火316型不锈钢的循环硬化.文章中具体描述说明了该本构模型方程及其材料参数的构成与物理意义.本构方程的所有材料参数均由简单单轴实验得出,圆形与方型单轴扭转循环应力路径下本构方程的数值模拟结果由实验结果证实了本构模型的可行性,最后该本构模型扩展的可能性亦得到分析与讨论.     

按非Fourier定律分析陶瓷薄膜受热沉积作用的热力耦合问题

考虑热传导的非Fourier定律,并且在温度控制方程中计入应变和应力变化的热效应,在应力本构方程中计入了温度变化的影响,得出了各向同性线性热弹性温度梯度非Fourier物质的热力双向耦合方程,且对有限厚度陶瓷薄膜,给出了边界受单一脉冲热沉积的典型一维瞬态问题的数值结果.讨论了延迟时间对温度增加量和应力分布的影响.主要结论:对陶瓷类介质,由于热渡波速和膨胀波波速有极大的数量级差异,热力耦合对传播速度影响甚微,即以十分接近热波波速和膨胀波波速传播.由于外加作用是以热学量给出的脉冲热沉积,因此传播的主要控制速度是热波波速.传播的力学量属高阶小量.     

电磁热弹性壳的齐次状态向量方程和等参元列式

为简化求解电磁热弹性壳齐次状态向量方程的方法，先通过电磁热弹性材料广义的H—R变分原理推导了非齐次的状态向量方程，进一步考虑热平衡方程与导热方程中变量的对偶关系，通过增加方程的维数，将非齐次方程转化为能独立求解的齐次方程．同时，直接将温度梯度关系写进电磁热弹性材料广义的本构关系中，通过构建一个新的变分原理，方便地导出了电磁热弹性壳齐次的四节点等参元列式．实例分析说明了齐次方程方法数值结果的稳定性和精确性．     

蜂窝板状材料反平面变形的等效本构方程

用含等效偶应力的极性介质模型讨论蜂窝板状材料的反平面问题，提出含偶应力和应力的等本构方程。用这个等效本构方程分析一维静力学问题表明，同时忽略应力与扭曲和偶应力与应变的本构联系，可以得到简洁准确的分析结果。     

手征性媒体中双各向同性散射特征的研究(英文)

讨论麦克斯韦等式下广义圆极化在手征性媒体中的不同的本构关系.在某类手征性媒体中广义圆极化波的场,与在非手征性媒体中麦克斯韦等式描述的同构关联有着相同的形式;但是不同的圆极化对应场的物理参数也不同.不管传播方向如何,这样的圆极化波(左或右)传播同等的波数.本文基于球面积分等式研究广义双各向同性物体的电磁散射特征.应用基层顶面等效性原理,能够把在均匀的双各向同性域中的电磁场用分布在它的边界面上的等量电磁流表示出来.     

热环境中多孔功能梯度材料转动Timoshenko梁的自由振动特性分析

对于孔隙均匀分布的多孔功能梯度材料梁模型,考虑材料的温度依赖性质并确定梁的物理中面,利用Hamilton原理导出多孔功能梯度材料Timoshenko梁在热环境中转动时横向自由振动的控制微分方程并进行无量纲化处理.应用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及其边界条件进行变换,得到包含无量纲固有频率的等价代数特征方程.计算出热环境中多孔功能梯度材料转动Timoshenko梁在固支-固支(C-C)、固支-简支(C-S)、简支-简支(S-S)和固支-自由(C-F)四种边界条件下横向自由振动的固有频率.将其退化所得无量纲固有频率与已有文献的计算结果进行对照,验证了有效性和正确性.分析了边界条件、孔隙率、转速、温度、细长比和梯度指数对转动多孔功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响.     

竹材组合墙体构件热湿耦合迁移特性

 以多孔介质传热传质学为基础,建立以湿度梯度为热源或热汇,以温度梯度作为湿源或湿汇的建筑构件内热湿耦合迁移的动态数学方程。提出用传递函数分析方法研究建筑构件内的热湿耦合过程,利用Laplace变换方法求解耦合方程。使用该方法对竹材组合墙体构件竹板进行了热湿耦合过程的分析计算,得到了竹板内温度和含湿量的动态分布特性。计算结果与实测值吻合较好,表明本文建立的数学模型和求解方法合理可信,有利于竹结构组合墙体的特性研究,也有利于竹材作为一种新型建筑材料的发展。     

Experimental analysis for thermal stress in functionally gradient material

Studies of displacement fields and stress concentration, due to uniform temperature change in a functionally gradient material (FGM) specimen and bimaterial (NFGM) specimen, have been made by Moire interferometry and finite element method. Results show that the thermal stresses concentration has been effectively reduced, and the distribution of the thermal deformations and thermal strains have also been relaxed and improved by transition layer of FGM.     

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...     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

预应力混凝土箱梁桥温度场的研究

连续刚构箱梁桥横截面的非线性温度变化,使其产生纵向应力,这些应力可能达到,甚至超过由活荷载引起的应力,从而使结构构件出现温度裂缝。需要提出一种实用的计算方法,用于模拟预应力混凝土梁桥横截面的温度分布,建立其与结构几何形状、所处地理位置、桥梁走向、材料特性和当地气候条件之间的关系,并提出适合广州地区的气候参数的计算公式。该方法可作为使用有限元法分析桥梁温度应力的边界条件。