基于改进S-VECD模型的沥青胶浆疲劳寿命预估

为了分析沥青结合料和填料体积分数对沥青胶浆疲劳特性的影响,研究沥青胶浆应力-应变、材料完整性系数与强度损伤演化关系,计算沥青胶浆的疲劳作用次数,采用石灰石磨细矿粉、SK90和KL70基质沥青,分别制备4种不同填料体积分数的沥青胶浆。基于黏弹性连续损伤理论和疲劳破坏准则,建立了线性振幅扫描(LAS)试验沥青胶浆疲劳寿命预估模型(S-VECD),利用有限测试结果,预测在给定的加载历史中材料的损伤演化及疲劳寿命。同时,对沥青胶浆进行温度-频率扫描,根据时间-温度叠加原理和CAM模型,建立动态剪切模量主曲线,计算双对数坐标轴下频率-模量主曲线斜率和移位因子,作为疲劳寿命预估模型的输入参数。研究结果表明:填料的加入使沥青胶浆LAS应力-应变曲线峰值宽度减小,胶浆的应变依赖性增加;沥青胶浆的最大允许应变随填料体积分数增大呈现先增加后减小的趋势,且存在最佳体积分数;随着填料体积分数的增加,强度损伤参数S与材料完整性系数C~*曲线斜率的绝对值增大,材料破坏速度加快;在相同的温度和测试频率下,随着填料体积分数的增加,沥青胶浆的疲劳寿命减小;在相同的填料体积分数下,基质沥青的疲劳寿命越大,其对应的沥青胶浆疲劳寿命也越大;沥青与填料之间相互作用系数越大,沥青胶浆疲劳性能越好。     

SiO_2-水纳米流体稳定性及导热性能

采用两步法制备体积分数为0.1%~0.5%的S iO2-水纳米流体,并利用zeta电位、吸光度和粒度分析表征其悬浮稳定性,研究发现超声振动5 h其悬浮稳定性最佳。采用瞬态热线法测量纳米流体的导热系数,结果表明:纳米流体导热系数的变化与纳米颗粒体积分数和温度的变化成正比,其中25℃时体积分数为0.3%的S iO2-水纳米流体相对于水的导热系数提高11.5%,而在50℃时则提高46.5%。建立纳米流体导热系数模型,与其他模型比较发现,本理论模型更接近于实验值。     

煤岩非线性损伤蠕变模型探析

为了研究煤岩蠕变特性,分析前人煤岩蠕变特性实验结果,在广义Kelvin模型的基础上建立了煤岩非线性损伤蠕变理论模型。假定煤岩损伤演化是应力和时间的函数,同时引入非线性硬化函数推导了煤岩非线性损伤衰减蠕变方程和蠕变全过程方程。任意给定方程中材料参数和加载条件,理论得到了煤岩衰减蠕变和蠕变全过程随时间变化曲线,对比前人煤岩蠕变实验结果,验证了用理论模型去研究煤岩的蠕变特性是可行的。     

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.     

脉冲激光辐照ZrO2薄膜剥落的研究

在得到高斯型短脉冲激光辐照光学薄膜温度分布的基础上,基于最大剪应力理论建立了光学薄膜发生迎光剥落的理论模型,得到了发生损伤的相应的应力分布。通过数值计算,分析了在短脉冲激光辐照时ZrO2薄膜的损伤情况,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较,验证了理论模型的合理性。     

超弹性形状记忆合金简化多维本构模型

建立简单有效的多维本构模型是形状记忆合金(SMA)工程应用的关键问题之一.在NiTi形状记忆合金丝拉伸实验的基础上,根据Brison模型的相变动力学方程,得出了相变应力与加载条件的关系. 借助线性化方法,建立了SMA超弹性简化一维本构模型;基于塑性理论,将马氏体体积分数作为状态变量之一,推导了SMA超弹性简化多维本构模型,应用该模型对超弹性SMA进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.分析结果表明:理论模型曲线与实验曲线接近,理论模型能够较为准确地模拟形状记忆合金的屈服机制和耗能能力.该本构模型可以用于模拟复杂荷载条件下的SMA超弹性特性.     

析出粒子对钛微合金化高强钢奥氏体晶粒长大的影响

通过析出粒子与奥氏体晶粒尺寸的定量关系,建立奥氏体晶粒长大模型,计算TiN和TiC析出粒子共同作用下钛微合金化钢奥氏体晶粒尺寸. 根据析出相质点理论计算结果表明:随着加热温度的升高,析出粒子体积分数逐渐减少,粒子半径逐渐增大,TiC粒子强烈阻止奥氏体晶粒长大,TiN粒子对奥氏体晶粒长大钉扎效果一般. 采用实验测试手段测量不同加热温度下保温30 min后实验钢的奥氏体晶粒尺寸,与理论计算结果吻合较好.     

过氧化氢致小鼠卵巢损伤病理模型的建立

目的:探讨过氧化氢(H2O2)致小鼠卵巢损伤病理模型的建立是否可行。方法:从实验小鼠中随机选取12只,正常对照组,不做任何处理(A组,n=6),损伤组(B组,n=6),在无菌条件下,用体积分数为10%H2O2建立卵巢损伤模型,采用外观拍照和病理切片观察H2O2对小鼠卵巢的影响。结果:通过小鼠卵巢组织外观和病理切片的观察,发现其卵巢均有不同程度的损伤。结论:H2O2致小鼠卵巢损伤病理模型的建立可行。     

Q2黄土的结构损伤演化分析

通过西安地区不同含水量的Q2黄土的单轴无侧限压缩试验研究表明,Q2原状黄土的单轴应力应变关系呈强软化型,峰值强度前曲线近似呈线形,峰值强度后的指数型应力应变关系可以用含损伤变量的线弹性本构方程描述。对应力应变门槛值及损伤演化规律的分析和探讨认为:损伤的应变门槛值εc几乎不随着含水量的变化而变化,而损伤的应力门槛值σS及初始弹性模量E0则随着含水量的增加分别呈指数和线性减少;以强度劣化和刚度劣化来描述的损伤均适用于描述水敏性Q2黄土的损伤演化。     

蠕变局部损伤开裂的有限元模型

建立了蠕变局部损伤法模型,并给出单元进入损伤态的判据和失效的临界拉伸应变条件,局部蠕变损伤理论的实质就是试样是多种不同蠕变性能材料的统一,并由蠕变应力再分布得到证实,应用有限元对双缺口圆试样作了蠕变局部损伤分析,启裂时间和断裂蠕变应变值均与实验结果相吻合。     

适应于材料深拉延的延性损伤模型及其应用

以弹塑性有限元基本方程为基础,引入等效应变并采用与弹性损伤模量相关的塑性流动法则,得到对称弹塑性损伤刚度矩阵,根据损伤应变能释放率与损伤变量的对偶关系,提出损伤耗散势的幂率形式,导出了损伤演化规律,将此理论方法用于圆盘的深拉延数值分析,给出由损伤所引起的材料性能退化对冲头力的影响,得出损伤演化规律。     

初始损伤对钢的延性起裂韧性影响的细观力学分析

通过力学参数测量和微观观察研究了初始损伤对钢的延性起裂韧性影响.研究结果表明,随钢组织在预加载荷中产生的微孔洞初始损伤量的增加,其延性起裂韧性降低.并进一步对初始损伤孔洞在后续加载中的演化行为的细观有限元力学进行模拟计算及微孔洞初始损伤对钢的延性起裂韧性影响的机理进行了研究.计算结果表明,初始大尺寸孔洞长大速度比较快,且在这些孔洞之间存在变形局部化,容易诱发二次小孔洞的形核和长大,从而使一次初始大孔洞连接,使材料延性起裂,因而大尺寸初始损伤孔洞主导了材料的延性起裂.随初始损伤量的增加,大尺寸孔洞的数量和尺寸增加,使孔洞聚合(延性起裂)时的应变降低,这也就是随着预载荷比P0/Pgy的增加,材料的延性起裂韧性Pi/Pgy降低的细观力学原因.     

基于多孔洞体胞模型的韧性材料损伤机制

分别采用含100、50和25个随机分布微孔洞体胞模型,对体胞内应力分布和孔洞长大规律进行统计分析,在此基础上讨论采用含25个随机分布微孔洞体胞模型作为宏观材料代表性单元(RVE)来研究材料损伤机制的合理性,并对变形过程中体胞内各微孔洞演化过程进行了研究.结果表明:由于体胞内微孔洞的随机分布,造成孔洞周围基体材料最大三轴应力参数增加,从而导致该孔洞的快速增长,并带动周围微孔洞快速增长,这种孔洞的快速长大链式反应导致在很短的时间材料内出现大量微孔洞,并聚合形成微裂纹,直至试样最后失效,该结果较清楚解释了韧性材料圆棒试样只在颈缩阶段才会产生大量的微孔洞的试验现象的原因.含随机分布多微孔洞体胞模型能够用于分析周期分布微孔洞体胞模型无法反映的体胞内微孔洞非均匀发展的过程,因此更适合于研究韧性材料的损伤破坏机制.     

Failure analysis of AZ31 magnesium alloy sheets based on the extended GTN damage model

Based on the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model and Hill’s quadratic anisotropic yield criterion, a combined experimental-numerical study on fracture initiation in the process of thermal stamping of Mg alloy AZ31 sheets was carried out. The aim is to predict the formability of thermal stamping of the Mg alloy sheets at different temperatures. The presented theoretical framework was implemented into a VUMAT subroutine for ABAQUS/EXPLICIT. Internal damage evolution due to void growth and coalescence developed at different temperatures in the Mg alloy sheets was observed by scanning electron microscopy (SEM). Moreover, the thermal effects on the void growth, coalescence, and fracture behavior of the Mg alloy sheets were analyzed by the extended GTN model and forming limit diagrams (FLD). Parameters employed in the GTN model were determined from tensile tests and numerical iterative computation. The distribution of major and minor principal strains in the specimens was determined from the numerical results. Therefore, the corresponding forming limit diagrams at different stress levels and temperatures were drawn. The comparison between the predicted forming limits and the experimental data shows a good agreement.     

一种延性材料的统计损伤演化模型

通过对微孔洞成核,成长过程的合理简化,建立了微孔洞演化的控制方程,得到了延性材料微孔洞数密度及损伤演伤方程的解析式。据此讨论了孔洞成核和成长对损伤演化的作用,为连续损伤理论的唯象描述提供了有参考价值的分析。提出了统计损伤与连续损伤理论相结合的损伤演化模型的锥形。     

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.     

压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用

将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合,根据有关物理关系通过严格的数学推导,提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程.将该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中,通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数.研究结果表明,应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程能得到损伤随时间变化的曲线,该曲线与采用CT技术观测的混凝土内部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性.所提出的损伤演化方程揭示了脆性材料压剪耦合损伤发展的宏细观机制,为更好地分析计算混凝土的高速贯穿等问题奠定了基础.     

混合强化材料的损伤演化律及内时损伤本构方程

在Ｇｕｒｓｏｎ理论基础上，通过对空洞模型的分析，推导出各向同性／运动混合强化材料的损伤演化和弱化函数的表达式，并将其嵌入内时本构框架，得到了损伤弹塑性大变形内时本构方程。编制了相应的轴对称有限元分析程序，用其分析圆柱拉伸试件的颈缩，得到与实验较为吻合的结果。     

材料损伤断裂中微孔洞的增长

提出了基于无限基体假定的微孔洞增长模型。模型中认为微孔洞增长是周围基体释放的应变能与表面能及周围基体运动的动能之间相互转化的结果。由此得到微孔洞的增长方程，并以OFHC铜与LYl2铝为例进行了计算，得到微孔洞增长的一些一般性规律，与文献[1]的计算结果定性吻合。     

非均匀流动空泡核辐射测量的动态误差

本文对利用核辐射方法确定气-液两相流空泡分额的动态误差作了详尽的理论分析,并对几种典型动态分布的动态误差进行了理论计算和模拟实验,结论的正确性已为实验结果所证实.在此基础上,提出了在未知流动空泡分布情况下,利用一组实测数据计算动态误差的方法.该方法对于用辐射诊断技术来确定两相流动空泡分额时引起的动态误差,提供了一种新的途径.