微尺寸单晶金属应变突变现象的随机有限元分析

微米尺寸单晶柱体的压缩实验发现,在其塑性变形过程中应变会发生突变,致使塑性流动呈现明显的间歇性. 通过随机有限元方法,分析了微米尺寸和块体镍单晶柱体在混合加载方式下的间歇性塑性流动行为. 同时,结合镍单晶柱体的实验数据以及基于经典晶体塑性理论的有限元方法,对近期新建立的理论模型进行了分析研究. 结果表明:新理论模型能够捕捉应变突变的发生;对于块体材料,新模型计算结果与常规晶体塑性有限元结果以及实验结果均比较吻合;当单晶柱体尺寸减小至几十μm左右时,新模型预测结果仍然能够与实验结果保持一致;微柱体的塑性流动是通过一系列的应变突变行为实现的.     

抛物柱切向滑移特性的分析

为了更准确地描述结合面上微观形貌及其切向滑移特性,构建了一种具有抛物形横截面的柱体滑移有限元模型.该模型采用平面应变单元,综合考虑了材料的弹塑性变形特征,分析了整个切向滑移过程中切向合力、法向合力、接触面积以及残余位移随切向位移、法向距离、屈服强度等参数的变化规律,并给出了经验公式.分析结果表明:塑性流动越大,载荷沿滑移方向的漂移越明显,抛物柱的残余位移也越大;当2个抛物柱的材料特性相同时,变形越大载荷的漂移量也越大;当2个抛物柱之间的接触变形相同时,模型屈服强度越小则塑性流动越显著.构建的模型为有纹理结合面切向滑移特性的研究奠定了理论基础.     

各向异性材料流动应力模型研究

根据塑性应变的等效原理,基于Hill48屈服准则,建立各向异性材料等效塑性应变表达式,并应用于各向异性材料流动应力的建模.将Swift模型、Voce模型及Swift-Voce模型等流动应力模型应用于各向异性材料应变强化行为预测.结果表明:在材料均匀变形的小应变范围内,三种模型的决定系数高于0.998,均方根优于2.523,具有很高的拟合精度;在材料的大应变范围内,Swift-Voce模型的决定系数为0.967,均方根为11.973,预测效果最佳,能较好地预测各向异性材料大应变范围的流动应力.研究结果可为材料的数值模拟提供更准确的流动应力模型,提高计算精度.     

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.     

缺陷形状对金属板极限应变影响的研究

在研究板料的极限应变时,提出了一种新的初始几何缺陷模型——椭圆缺陷模型。用大变形弹塑性有限元法,按大变形J_2塑性流动理论,大变开J_2塑性变形理论分析了具有不同长短半轴椭圆缺陷模型,标准的M-K缺陷模型,圆形缺陷模型对双向受拉金属板极限应变的影响。分析结果表明,椭圆缺陷对双向受拉金属板极限应变的影响与椭圆的长短半轴比及椭圆区板厚有关。根据圆形缺陷模型算出的极限应变值是上限,根据标准的M-K缺陷模型算出的极限应变值是下限。圆形缺陷模型和标准的M-K缺陷模型是椭圆缺陷模型的特殊情况。分析还表明,大变形J_2塑性流动理论对缺陷比大变形J_2塑性变形理论更敏感。分析时,假定双向受拉金属板处于平面应力状态,在弹性、塑性状态下都是体积不可压缩的。     

基于最小耗能原理的塑性应变流动法则

根据最小耗能原理,推导塑性应变流动法则的一般表达式.与传统塑性流动法则相比,该流动法则增加了一项交叉耦合项,可以很好地揭示准脆性材料剪胀效应的内在机理.同时在该流动法则下,推导弹塑性有限元增量迭代格式,由于其刚度矩阵的对称性,使得计算效率大大提高.对土试样塑性应变的演化过程进行追踪模拟,其破坏形式与实验现象非常接近,表明基于最小耗能原理框架下的流动法则是合理可靠的.最后,采用该流动法则下的弹塑性有限元对土质边坡的变形破坏过程进行模拟,破坏形式与实际情况相符,表明新的流动法则不仅合理可靠,而且具有广阔的应用前景.     

纳米Cu析出相及晶界对微合金化钢力学性能的影响

基于弹塑性有限元理论,构建包含纳米Cu析出相及晶界的微合金化钢拉伸理论模型.计算纳米Cu析出相及晶界对微合金化钢力学性能的影响.研究在不同晶粒大小、不同纳米Cu析出相尺寸、不同应变条件下微合金化钢的单向拉伸性能,分析包含Cu析出相及晶界的晶粒变形趋势,探求纳米Cu析出相对基体材料的强化机制.研究结果表明:纳米Cu析出相心部塑性最大,晶界处的塑性低于晶内,且晶内发生塑性应变速率高于晶界;析出相与晶界都能起到增强材料塑性的作用,包含纳米Cu析出相及晶界的多晶模型在晶粒变形过程中,晶界参与协调变形作用.     

沥青混凝土局部应变模型及其数值分析

论述了沥青混凝土材料由于应力、加载时间及温度变化所引起的应变局部化问题,在动态塑性理论的基础上,提出了相关连续动态塑性理论模型以及模拟沥青混凝土材料变形破坏的新方法,并编制了相应的有限元程序·用该模型模拟分析了沥青混凝土(典型的相关率材料)受力破坏过程·由于模型考虑了应变率的相关性,模型具有非网格依赖性·对半弯曲模型的数值试验(SCB)结果表明沥青混凝土(典型的应变相关率材料)破坏过程中存在着应变局部化问题·模型能较好地模拟局部破坏的形成过程·     

塑性硬化材料亚耦联系统的变分原理

针对塑性加工中最常见的塑性硬化模型,建立了塑性变形的亚耦联系统及变分原理,并应用该变分原理分析了柱体的镦粗变形。     

晶体塑性模型在微压缩实验误差分析中的应用

应用基于位错密度的各向异性晶体塑性理论模型,分析了轴向压缩下Ni单晶微圆柱体的力学响应.将其与实验结果对比,验证了该理论模型的合理性.进而,以单滑移[123]取向Ni金属柱体的微压缩实验为研究对象,分析晶体取向、摩擦力、接触失配以及几何锥度等常见实验误差因素对其力学测试结果的影响.研究结果表明:在单滑移取向下,晶体取向偏差(2°)导致微圆柱体整体变形从单滑移向多滑移变形转变;受摩擦力影响的横向约束效应可以显著提高塑性应变硬化程度;接触失配导致弹性模量测试值偏低,同时使得塑性剪切滑移主方向发生显著改变;在有锥度(2°~5°)条件下,屈服应力值较无锥度情况偏低.     

镁合金塑性成形技术--AZ31B成形性能及流变应力

通过热模拟压缩试验研究了镁合金AZ31B在不同温度下的成形性能,获得了200～400°C温度下的镁合金变形特性和流动应力.试验结果发现,镁合金在低于200°C以下的温度范围内变形困难,发生断裂.在高于400°C时,由于镁合金极易氧化,不适合塑性加工.试验显示,镁合金塑性成形的最佳温度为250～400°C.由于镁合金在高温下的软化效应,流变应力随应变的增加而下降,提出了适合镁合金塑性成形的流变应力模型.试验结果表明,该模型适用于镁合金热变形过程的流变应力分析.     

高温混凝土的非线性多轴热力学本构模型研究

从混凝土结构材料的弹塑性变形与热应力交互作用角度，研究了材料在高温下应变率与流动定律，粘塑性与塑性加载函数，加卸载准则，得出了一种新的高温混凝土非线性多轴热力学本的构模型。     

高温混凝土的非线性多轴热力学本构模型研究

从混凝土结构材料的弹塑性变形与热应力交互作用角度，研究了材料在高温下应变率与流动定律、粘塑性与塑性加载函数、加卸载准则，得出了一种新的高温混凝土非线性多轴热力学本构模型．     

流动应力下降尺度效应的数值模拟

采用率相关晶体塑性本构关系及弹塑性大变形增量有限元方法,通过在晶粒尺寸相同条件下模拟不同尺寸微型铜圆柱体镦粗实验,对流动应力下降尺度效应现象进行了数值模拟研究,获得了与实验及表面层模型较为一致的结果.结果表明,随着坯料尺寸的减小,流动应力逐渐下降;晶体塑性理论能够解释并描述流动应力下降尺度效应现象,并在一定程度上对流动应力下降幅度做出预测.     

弹塑性本构方程的一般关系式

本文导出了比较普遍适用的弹塑性流动法则及本构方程,可以考虑应力应变模式的非线性性及其在弹性阶段和塑性阶段的非连续性;推出了正交流动法则成立的条件,并导出了塑性应变增量偏离正交方向的角度表达式以及判断变形处于硬化、软化还是理想塑性状态的计算关系式。     

关于非线性非局部应变梯度模型的探讨

考虑线性软化模型不能反映材料软化变形复杂性的不足,选取高斯正态分布函数作为非局部理论的权函数,同时采用指数型应力衰减模式考虑软化的非线性特征,进一步地将这种非线性非局部理论与采用Laplace算子考虑塑性应变梯度效应的塑性梯度理论相结合,建议了一种非线性非局部应变梯度模型,并据此针对各向同性单向拉伸杆的力学响应进行了分析,将计算结果与线性软化模型进行了对比.结果表明:在非线性软化模型中,尽管塑性应变分布形式与线性软化模型的相同,但塑性应变同时依赖于应力降与破坏极限应变,两者最大应变是不同的.     

用刚塑性有限元法分析超塑性反挤压成形

本文用刚塑性有限元法分析超塑性反挤压成形的流动规律，定量地分析了影响超塑性变形抗力的因素，预测了反挤压变形抗力和变形区的应力应变分布规律，为预测超塑性材料的反挤压变形抗力、速度场及等效应变速率提供了计算机模拟实验的通用程序。     

基于修正塑性功函数的砂土硬软化本构模型

基于与应力路径无关的修正塑性功函数,提出了一个新的可以考虑砂土变形强度应力路径效应的弹塑性硬化-软化本构模型.模型所采用的与应力路径不相关的修正塑性硬化函数是基于砂土多应力路径平面应变压缩试验结果、经过数学拟合而得到的.文中建议的本构模型属于等向硬化-软化、考虑非关联流动的弹塑性模型.有限元计算结果与室内试验结果比较表明,该模型不仅可以较好地模拟砂土变形强度的应力路径效应,同时也可以模拟砂土变形强度的应力水平依存性、强度的固有结构性各向异性、初始空隙比依存性,以及砂土伴随剪切破坏的软化效应.     

土工结构物渐进破坏过程Cosserat连续体有限元分析

基于压力相关弹塑性Cosserat连续体模型的有限元过程,有效地模拟了挡土墙、开挖边坡等岩土工程结构中由土体剪胀(非关联塑性流动)或应变软化行为所引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象.挡土墙中的土体考虑为非关联的理想弹塑性材料,而边坡开挖中的土体为应变软化弹塑性材料.数值结果表明,基于经典连续体的有限元分析不能完成整个破坏过程的模拟,而所发展的基于Cosserat连续体模型的有限元过程具备保持由非关联塑性或应变软化引起的应变局部化边界值问题的适定性和模拟土工结构物中整个渐进破坏过程的能力.     

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。