数值模拟在材料力学教学中的应用

材料力学作为工科的一门专业基础课,学时的压缩导致传统的教学体系不能适应,为了提高教学质量,借助于多媒体教学平台,把数值模拟引入材料力学教学中,使得抽象的概念具体化,实现了课程前期的问题引入,课程中期的模拟实验和课程后期的兴趣问题讨论.实践表明,该方法可提高教学质量,增强学生学习兴趣,对于培养学生学习计算机,使用计算机解决工程问题的能力具有重要意义.     

用于动态断裂试验的高温炉设计及温度场模拟

根据在分离式霍布金森压杆上进行岩石的高温动态断裂试验的要求设计了一个高温炉,并通过ANSYS程序对高温炉温度场进行模拟,得到了高温炉的温度场分布图。此外,还对包括试件和压杆(入射杆与透射杆)在内的试验系统温度场进行了模拟,比较了试件与压杆接触加热和分离加热两种计算结果。结果表明,采用压杆与试件分离加热方式可使试件获得均匀温度场。     

DIC法在岩煤岩冲击破坏试验中的应用

为了研究岩煤岩组合体在冲击破坏过程中的全场应变和位移,利用霍普金森压杆对煤单体及岩煤岩组合体试件进行冲击试验.利用高速摄像机采集数据,运用数字散斑相关技术对岩煤岩组合体进行非接触式测量,用DIC软件对数据图像进行筛选和分析.试验得到应力应变曲线、全场应变散斑图和位移散斑图.试验结果表明,在冲击过程中岩煤岩组合体前期内部不均匀变形较大,后期组合试件内部的应力波经过多次传播以及反射,使得应变趋于均匀;受冲击荷载时,中间煤部分先产生裂隙,随后裂隙向岩石扩展形成贯通裂纹直至破坏;试件不断被冲击压缩后,水平方向位移的变化也逐渐一致.     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

多相介质层状材料中围道^J积分守恒性的研究

通过证明得到了多相介质层状材料中的任意一种均质材料的回路^J积分等于零;证明了在多相介质层状材料的界面上裂纹,以及平行界面的裂纹尖端的围道^J积分是守恒的,为^J积分表征多相材料的断裂韧性提供了理论依据.     

周边切口试件裂纹稳态扩展过程的动力学有限元分析

建立了以实测的平均载荷^P作为试件端面的力边界条件；以实测的tid和a(t)作为运动边界条件，将周边切口短圈柱试件简化为左右对称且轴对称的精细有限元模型；成功地、较真实地反模拟了冲击加载下裂纹稳态扩展的运动过程，进一步论证了在起裂纹时的围道j(t)积分和裂纹稳态扩展的围道J(t)积分在裂尖稍远处是守恒的；计算得到的阻力曲线与试件尺寸无关；模拟了裂纹起裂及稳态扩展时的变形场和应力场的演化过程，并通过这些精细场的演化过程进一步论证了相应的表征和测试方法。     

45#钢动态断裂韧性测试的试验研究

利用旋转盘式间接杆—杆型冲击拉伸试验装置,对带周边切口的短圆柱小试件(45#钢)进行了室温下的平面应变型弹塑性材料动态断裂试验。用试件两端的平均载荷—相对位移曲线(P-δ)来推广Rice公式确定动态J积分,采用柔度变化率法确定起裂时间,从而获得表征弹塑性材料动态起裂韧度JID。冲击拉伸试验表明,作为典型的应变率相关弹塑性材料的45#钢,其断裂韧性随加载速率的增加而下降。