球坐标非线性热应力本构方程

以应力张量作为单个应变张量的张量值函数,用张量不变量表示,得到了各向同性材料6阶非线性完备的、不可约的本构模型及其相应的应变能函数。同时,基于张量函数表示定理,研究了自变量为有限应变张量E和温度T,因变量为应力张量K的张量值函数,推导了6阶非线性各向同性弹性材料完备的,不可约的热应力本构方程和应变能函数。由张量函数出发导出的6阶非线性各向同性材料的本构方程,虽然是完备的,不可约的,在任意坐标系下都成立、具有普适性,但是实际应用仍需要转换到特定坐标系,才能同几何方程、平衡方程一起,组成求解弹性力学问题完备的方程组。因此,本文将得到的张量形式的本构方程应用到球坐标系下,得到了薄球壳非线性本构方程以及薄球壳热应力本构方程。同时,推导了薄球壳非线性内力和力矩。     

正交曲面坐标系中非线性热本构方程

从各向同性材料的非线性热本构方程出发,研究了将张量形式的非线性热应力本构方程转换到正交曲线坐标系下的非线性热应力本构方程,分别推导出曲线坐标系下的非线性本构方程和非线性热本构方程。由此可以进一步得到球壳、圆柱壳等形状的非线性热应力应变关系,并推导出正交曲线坐标系下非线性内力和非线性内力矩。张量函数在任意坐标系下都成立,具有普适性,但是在实际应用中需要转换到特定的坐标系下进行分析,所以推导出正交曲线坐标系中非线性热应力本构方程具有重要的意义。     

超弹性胶原材料本构关系的对数应变模型

获得不可压缩条件下自然对数表示的各向同性超弹性胶原材料的本构关系,给出2组对数应变张量不变量,由弹性能量密度直接推导得到对数应变与Cauchy应力偏量间的本构关系.将理论模型与单向拉伸实验数据进行对比,结果表明模型及参数选择有效.     

非线性超弹性体应力应变张量与应变能函数之间的微积分关系

研究非线性超弹性体应力与应变能函数之间的关系,等比例加载方法不再适用,因为剪应变要产生正应力,正应变也要产生剪应力.为此,构建了应力应变张量与应变能函数之间的微分、积分关系.从表示定理出发,围绕共轭应力、应变变量,研究了各向同性、横观各向同性、正交各向异性非线性超弹性体的本构方程、应变能函数,推导了应力应变张量与应变能函数之间的微分、积分关系.应用微分积分关系,对应力张量函数直接积分,即可得到应变能函数.这种方法具有普适性,简洁性,能进一步拓宽解决非线性超弹性体问题的途径.     

一种粘塑性本构方程的探讨

基于一种位错动力学模型建立了非弹性应变率偏张量第二不变量与应力偏张量第二不变量之间的函数关系,由此给出一种粘塑性本构方程。确定了方程中的参数。计算了材料Ti—50A在准静态及中等应变率时的几种应力应变曲线。与已有的实验资料相比,初步计算给出令人满意的结果。     

无限大压电材料薄板Ⅰ型裂纹断裂分析

研究了含中心裂纹的无限大横观各向同性压电材料薄板的平面问题。利用压电材料平面应变问题的本构方程,通过引入两个适当的函数,将力学问题转化为偏微分方程组边值问题。利用复变函数方法和待定系数法,选取适当的应力函数,借助不可导通边界条件,确定未知系数,得到满足偏微分方程组边值问题的解。推导得到裂纹尖端附近的应力强度因子、应力场、电位移场和位移场、电势场的计算公式。     

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。     

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.     

岩石类材料损伤局部化分叉

为获得弹塑性变形时破坏失稳的损伤效应,假定岩石类材料各向同性损伤,将损伤变量与加卸载函数引入不连续分叉方法,考虑损伤时的刚度退化和体积扩容,推导出材料损伤失稳时的最大硬化模量和局部化方向角及其与损伤程度和初始泊松比的关系,在平面应力与应变条件下对单轴拉伸压缩试件的分叉失稳进行对比分析.结果表明:局部化方向角与最大硬化模量依赖于材料的初始泊松比与损伤程度;平面应力或应变时,拉伸与压缩得到的局部化方位角之和为90°,最大硬化模量可分为平面应力与应变条件两种,与单轴拉伸或压缩条件无关.     

玻璃态高聚物的损伤和断裂非平衡统计理论（2）玻璃态高聚物细观损伤统计本构方程

从银纹瞬时成核和以指数形式衰减两种成核模型出发，根据前文给出的微裂纹尺寸统计分布函数及其矩生成函数，基于一阶平均损伤函数的唯象定义，得到了在两种成核机理下的细观统计损伤本构方程和损伤速率的解析表达式．对于各向同性材料，考虑到泊松比随应变而变化，又给出了以应变及应变速率表示的细观损伤统计本构方程．从而把应力、应变、应变速率、温度、时间及材料参数有机地结合起来，为玻璃态高聚物各种力学性能的理论与实验的对比提供了可能．     

柱坐标系下Oldroyd B流体模型

从Oldroyd提出的研究本构方程的新理论出发，得出张量形式OldroydB流体的本构方程，推导出了柱坐标系下的6个方向上的分量形式的方程，并将此结果用于管内非线性非定常流动中。     

玻璃态高聚物的损伤和断裂非平衡统计理论：（2）玻…

从银纹瞬时成核和以指数形式衰减两种成核模型出发，根据前文给出的微裂纹尺寸统计分布函数及其矩生成函数，基于一阶平均损伤函数的唯象定义，得到了在两种成核机理下的细观统计损伤本构方程的损伤速率的角析表达式。对于各向同性材料，考虑到泊松比随应变而变化，又给出了以应变及应变速率表示的细观损伤统计本构方程。从而把应力，应变，应变速率、温度、时间及材料参数有机地结合起来，为玻璃态高聚物各种力学性能的理论与实验的     

面心立方晶体单晶材料弹塑性本构模型

基于正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次乘积项构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据面心立方晶体单晶材料的屈服特点提出了新的屈服准则.用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测,预测结果与试验结果相吻合;新屈服准则与Hill屈服准则相比,在760 ℃时的预测精度显著提高.在此基础上,重新定义适合新屈服准则的等效应力和等效应变,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,建立面心立方晶体单晶材料的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵.对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力和等效应变退化为Von Mises屈服准则和其相应的等效应力与等效应变.     

MLPG法在塑性大变形和应变局部化问题中的应用

把无网格Petrov-Galerkin(MLPG)法推广应用于弹塑性材料大变形和应变局部化问题。把空间坐标表示的基本变量在材料坐标上进行积分,避免了更新积分子域的形状。形函数及其对材料坐标的导数在迭代开始前计算并存储。形函数对空间坐标的导数及空间坐标下的子域边界外法线方向使用张量变换得到。采用乘法分解超弹塑性本构模型,以便模拟更大的变形。算例表明,推导的非线性MLPG方法能够精确模拟弹塑性材料的大变形,并能模拟应变弱化材料由于不稳定塑性变形导致的应变局部化现象。     

粘弹性模型的参数换算研究

通过对常见的粘弹性材料模型的本构方程分析,将其变换为以应变量和应变率为自变量来表示的应力函数型本构关系;同时分析了不同本构方程间材料特性参数换算的问题,并提出了根据最小偏差平方和进行参数换算的方法和步骤;最后给出了计算实例,实现了给定材料在不同模型和不同受力条件下的材料的特性参数换算,并分析了由于换算带来的计算误差.     

乙烯-四氟乙烯薄膜循环拉伸的黏弹塑性本构模型

对250μm厚乙烯-四氟乙烯(Ethylene-Tetra-Fluoro-Ethylene,ETFE)薄膜进行了单轴循环拉伸试验,通过试验得出ETFE薄膜的应力应变曲线,基于宏观现象和各向同性材料小应变假设,推导了适用于ETFE薄膜单轴循环拉伸第1次加载和卸载的本构方程,编写了采用两步法确定本构方程中参数的程序,利用程序模拟了ETFE薄膜在循环拉伸状态下第1次加载和卸载的应力应变关系.通过与试验得到的应力应变关系对比分析,验证了该本构方程和程序的正确性.提出的ETFE薄膜的本构方程可以较为准确地预测ETFE材料的应力应变关系,为ETFE薄膜结构的分析和计算提供参考.     

一维损伤变量的合理定义方法

针对利用"弹性模量衰减法"定义损伤变量是否合理这一问题,借助有效应力的概念以及应变等效假设,从本质上阐述了一维情况下材料损伤变量应该以何种弹性模量来定义.指出从应变等效假设的角度准确度量材料的损伤程度必须首先确定材料的无损伤参考工作状态;将直线形式的应力-应变关系作为无损伤材料的参考工作状态是没有根据的.按照弹性损伤和弹塑性损伤两种状况推导出损伤变量的合理定义,证明卸载模量的退化可以作为弹塑性材料损伤变量的定义.同时,结合所提出的混凝土受压损伤本构方程,验证弹性应变等效假设,并给出一维损伤本构模型的合理建立方法.     

MLPG法在塑性大变形和应变局部化问题中的应用

把无网格Petrov-Galerkin(MLPG)法推广应用于弹塑性材料大变形和应变局部化问题。把空间坐标表示的基本变量在材料坐标上进行积分,避免了更新积分子域的形状。形函数及其对材料坐标的导数在迭代开始前计算并存储。形函数对空间坐标的导数及空间坐标下的子域边界外法线方向使用张量变换得到。采用乘法分解超弹塑性本构模型,以便模拟更大的变形。算例表明,所推导的非线性M LPG方法能够精确模拟弹塑性材料的大变形,并能模拟应变弱化材料由于不稳定塑性变形导致的应变局部化现象。     

正交各向异性钢筋混凝土板的应力及应变分析

为了研究正交各向异性材料的应力、应变及弹性模量等力学参数,本文从材料的物理力学特性出发,推导了正交各向异性材料的弹性本构方程。用有限元分析软件模拟得到了正交各向异性钢筋混凝土板在自重与受荷作用下的应力、应变及板中挠度值。对比分析了视钢筋混凝土板为各向同性时的应力及应变情况。发现2种情况下的应力、应变及板中挠度值与实验数据均较接近,因此,本文的有限元分析方法是可行性的。由于2种情况下模拟结果相近,因此可视正交各向异性材料为各向同性进行分析,以简化分析过程。     

基于M-C准则下非线性材料弹塑性矩阵的推导

由于利用应力不变量以统一形式表达四个屈服准则本构关系的方法应用于摩尔—库仑准则时，在计算中会有奇点出现．针对非线性材料的弹塑性变形特征和其屈服面的非正则性的特点．采用增量理论和等向强化模型，直接导出了平面应力状态下的应力应变间本构关系的弹塑性矩阵。不仅避开原方法中的奇点问题，提高了计算精度，而且概念清晰，便于运用．