高强钢动态力学性能本构模型研究

为了研究高强钢材料在动态加载过程中的力学响应,采用分离式霍普金森压杆对材料进行了不同应变率（3000到 12000s-1）和不同温度（20℃到800℃）单轴压缩实验.实验结果表明：高强钢的动态力学行为受应变率和温度的强烈影响.流动应力随着应变率的升高而增加,随着温度的升高而降低.提出了一个经验型本构模型来描述材料的加工硬化和温度软化行为.该本构模型预测的应力——应变曲线与实验结构较好吻合,表明该本构模型可进一步用于高强钢动态变形过程的数值模拟研究.     

高强钢动态力学性能本构模型研究（英文）

为了研究高强钢材料在动态加载过程中的力学响应,采用分离式霍普金森压杆对材料进行了不同应变率(3000到12000s-1)和不同温度(20℃到800℃)单轴压缩实验.实验结果表明:高强钢的动态力学行为受应变率和温度的强烈影响.流动应力随着应变率的升高而增加,随着温度的升高而降低.提出了一个经验型本构模型来描述材料的加工硬化和温度软化行为.该本构模型预测的应力——应变曲线与实验结构较好吻合,表明该本构模型可进一步用于高强钢动态变形过程的数值模拟研究.     

基于微结构模型的开孔泡沫橡胶力学性能分析

利用开孔Gibson-Ashby力学模型和不可压橡胶类材料应变能函数,分别研究了开孔泡沫橡胶泡孔结构和基体材料对其力学行为的影响。通过对两种影响因子的叠加分析,推导出了开孔泡沫橡胶的超弹性本构关系。基于开孔泡沫橡胶材料的单轴压缩实验结果,拟合确定了本构关系的参数,模型预测结果与实验结果吻合较好。     

泡沫铝材料的一维粘塑性本构关系

通过对不同初始密度的泡沫铝进行准静态压缩和动态冲击试验,得到了泡沫铝材料在中低应变率下的力学行为,结合分析含多种内变量的粘塑性本构模型的物理意义,推荐了适合于泡沫铝材料的一维粘塑性本构模型,并对推荐模型进行了拟合,拟合结果与实验结果吻合比较好,该模型和实验结果均反映了泡沫铝材料的应变率负敏感特性。     

泡沫硅橡胶的多孔超弹性模型

泡沫硅橡胶是一种典型的多孔材料,同时它的本构行也呈现超弹性力学性质。本文建立了泡沫硅橡胶的多孔介质力学模型,针对泡沫硅橡胶的超弹性本构行为以及由于多孔隙的结构特性所导致的材料可压缩性,考察了孔隙度对变形性能的影响,构造了应变能函数的等容部分和体积变形部分,单轴压缩实验表明,所获得的本构方程较好地描述了泡沫硅橡胶的大变形力学性质。     

金属材料宽应变率下动态本构模型及其扩展有限元应用

为了准确描述金属材料在各类动荷载下的力学行为,基于金属流变应力在不同应变率范围内的不同函数表现形式,采用开关函数反映金属宽应变率强化效应差异,考虑应变硬化效应与绝热温升影响相互耦合,结合多种金属材料在不同应变率下的试验数据进行拟合分析,发展了一种动态本构统一方程JC-CS模型。通过UMAT用户子程序,将新模型导入ABAQUS有限元分析软件中预测不同应变率下的金属动态应力应变关系,并基于此进行动态正弦荷载下的金属裂纹扩展分析。研究结果表明,新构建模型的数值模拟本构曲线与试验数据吻合良好,且能结合扩展有限元在ABAQUS动态隐式环境中使用,为准确描述金属在动荷载作用下的力学行为提供了一种工程应用分析模型。     

硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型

研究了典型超弹性材料硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型.采用Instron万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置对硅橡胶进行了准静态和动态压缩测试,基于测试结果分析了硅橡胶材料在0.001、0.01、0.1、1 750、2 300和3 000 s^-1应变率下的力学行为.测试结果表明,硅橡胶在静态载荷下有显著的超弹性特性,动态载荷下表现出明显的应变率效应,弹性模量与应变率比值对数之间存在非线性关系;据此,建立了率相关本构方程来描述硅橡胶在静、动态压缩载荷下的力学行为,与现有模型相比,所建立的本构方程参数仅有5个,在试验应变范围内应力最大误差保持在15%以内,与试验结果有良好一致性.     

混凝土HJC动态本构模型的研究

文章运用显式非线性动力分析软件LS-DYNA,选用HJC动态本构模型对混凝土SHPB试验进行了一系列的数值模拟,对HJC动态本构模型的理论框架以及材料参数的力学特点进行了探讨和研究.研究表明,HJC动态损伤本构模型服从塑性形变理论,但静水压力的影响不能忽略.HJC模型反映了混凝土材料横向效应导致的非力学行为的增强效应,但其大小与材料的失效方式和失效应变数值相关,不能简单地将混凝土材料的应变率效应解释为完全的横向效应.     

单轴冲击载荷下基于塑性细观力学的冻土本构模型研究

随着寒区工程建设成为中国基础建设的又一大热点,对于冻土冲击动态力学性能及其本构模型的研究已显得十分必要。不同冻结温度的冻土试样通过采用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了不同应变率下的单轴冲击压缩实验。实验结果表明:冻土的弹性模量随着冻结温度的降低而升高,没有明显的率相关性;冻土的强度随着冻结温度的下降和加载应变率的升高而增大。基于实验结果,采用平均化方法推导了与冻结温度相关的冻土等效弹性常数的表达式。同时,采用基体各向同性化的切线模量法建立了冻土的动态塑性细观力学模型。进而,引入与冻结温度和加载应变率相关的连续损伤演化模型构建了冻土的冲击动态本构模型。相应的模拟结果表明,该模型能够很好地描述冻土的动态力学行为。     

热塑性聚烯烃大变形行为建模及数值模拟

为了研究热塑性聚烯烃(TPO)大变形过程中力学行为,将基于高分子材料微观特征建立的本构模型加入有限元软件中,实现了TPO变形和微观特征演变的耦合.该模型考虑了TPO材料与应变速率有关的初始均匀变形、屈服、应变软化和应变硬化的变形过程.采用数值模拟的方法,研究了TPO在拉伸状态下的力学行为.结果表明,本构模型的预测结果与试验结果比较接近,模拟结果清晰地描述了三维变形过程中应力场的分布以及颈缩演变,为TPO材料零件的虚拟设计提供了依据.     

爆炸与火灾联合作用下结构钢动态本构关系

目的考虑高温软化效应和高速应变率效应对结构钢的黏性以及流变力学特性的影响,建立考虑高温软化效应与高速应变率效应的结构钢本构关系模型.方法以试验和模拟结果为基础,对应变率范围和温度范围进行了重新划分,在Perzyna和Johnson-cook模型的基础上,建立了结构钢在爆炸与火灾联合作用下的流变应力模型,考虑了比例距离与应变率的关系和时间与温度的关系.结果提出了比例距离与应变率的关系,有效地实现了针对爆炸过程中应变率的预测.在已有模型的基础上提出了一种修正模型,并考虑了爆炸过程中的应变率和火灾中的升温过程.结论笔者建立的本构关系模型可以较好地描述结构钢的温度热效应和高速应变率效应的联合作用,并且节省计算时间.     

预应力钢绞线动态力学拉伸性能及本构关系

首先利用电液伺服加载试验机对单束钢绞线在(10~(-3)~10~(-1)s~(-1))应变率范围内进行动态力学拉伸试验;然后根据实验数据,分析了不同应变率对屈服强度的影响规律;并对我国设计规范中用于硬钢类材料简化计算的Ramberg-Osgood本构模型进行修正,以获得可以更好地描述钢绞线动态拉伸应力-应变关系的本构模型。研究表明,单束钢绞线的应变率越大,其屈服应变和极限应变越小,屈服强度越大。修正后的Ramberg-Osgood本构模型能够较好地描述钢绞线动态拉伸应力-应变关系;并且随着应变率的增大,钢绞线的硬化指数减小,残余应变增大。     

复合材料层板动态力学性能和本构关系研究

在不同温度环境下 ,利用MTS材料试验机 ,在中等应变速率 ( 1 /s)下 ,对玻璃布———环氧层板的动态力学性能进行了实验研究 ,给出一种较为可靠的复合材料拉伸试样设计方法 ,获得了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等力学参数。实验结果表明 ,玻璃布———环氧层板具有明显的应变率相关和温度效应。采用Johnson提出的温度、应变率相关的本构模型 ,根据实验数据拟合了玻璃布———环氧层板材料的本构关系 ,分析表明该本构关系可以很好地描述材料的应变率和温度效应。     

环三亚甲基三硝胺基含铝炸药本构关系的实验研究

为了获取环三亚甲基三硝胺(RDX)基含铝炸药的本构关系,采用分离式霍普金森实验技术,对RDX基含铝炸药进行了冲击压缩实验和微观组织分析,获取了其在820~1 400 s~(-1)应变率范围内的宏观力学性能和微观破坏模式。结果表明:该RDX基含铝炸药的宏观力学性能和微观破坏模式均与应变率密切相关,采用修正的朱-王-唐(Z-W-T)非线性黏弹性本构模型可较好的描述该RDX基含铝炸药的力学行为,拟合曲线和实验曲线吻合良好。     

应变率在3×10~3S~(-1)范围内LC_(4CS)铝合金的动力学性态

借助于SHPB和SHTB实验技术,在环境温度-50℃～+200℃和应变率低于3×10~3s~(-1)条件下,对穿甲弹用弹托材料LC_(4cs)铝合金的动态力学行为进行了实验测试分析,给出了材料在不同温度、不同应变率下的应力—应变曲线,确立了其本构关系,并利用自己编制的OEff-1D有限差分程序对该本构关系应用的可靠性进行了数值模拟检验,结果表明它能令人满意地再现该材料的动力学行为。     

基于细观损伤模型预测金属成形过程中的韧性断裂形式

在优选模型参数和简化孔洞形核规律的基础上,采用Gurson-Tvergaard(GT)多孔材料本构模型分析金属韧性断裂过程中的宏观应力与应变响应行为;根据金属成形工艺特点,充分考虑拉伸型和剪切型2种不同韧性断裂机制,提出一个统一的韧性断裂准则形式,并通过实验结果验证其有效性和普适性,进而采用单向拉伸实验确定的材料常数合理地预测了正挤压过程中的韧性断裂现象.     

考虑应变率效应的混凝土疲劳损伤本构模型

基于边界面概念和连续损伤力学理论,建立了由应变控制的混凝土拉、压疲劳损伤本构模型.在此基础上,通过对应变能释放率Perzyna黏性规则化来考虑混凝土的应变率效应,从而获得了可以研究材料静力、动力和疲劳特性的统一混凝土疲劳损伤本构模型,并用C＋＋语言编程对考虑应变率效应的混凝土本构关系和试验实例进行了计算和比较,结果表明该模型能较好地模拟混凝土应变率效应.     

花键冷敲成形本构关系研究

花键冷敲成形归结于材料的动态塑性变形过程,为了研究该过程材料动态响应特性,对三种常用冲击载荷下材料本构模型进行理论解析,并根据花键冷敲成形工艺参数对JC本构模型进行修正改进;通过三种本构模型在不同应变率和温度条件下的应力情况,使用流动应力预测值和实验值之差来评估模型误差值。最终结合成形过程物理机制、工艺参数和误差对比,结果表明:在大范围应变率和温度条件下,各本构模型均有其在一定范围内的适用性和精度,但对于花键成形应变率和温度范围内,PTW模型的误差率最小,能够较好预测金属流动应力。     

基于逆向拟合法的H13钢J-C本构修正模型

为了简化材料J-C本构模型的建立过程,提出一种基于自定义函数确定本构模型参数的逆向拟合法;通过准静态拉伸实验和霍普金森压杆实验获得H13钢在应变率为1～15 000 s-1,温度为298～1 073 K条件下的真应力-真应变曲线;在总结不同的H13钢J-C本构模型并确定各材料参数范围的基础上,利用J-C本构函数对真应力-真应变曲线进行自定义函数逆向拟合,从而获得H13钢J-C本构模型在不同条件下的材料参数,并进一步建立材料参数关于温度和应变率的关系函数,确定H13钢在大应变率和高温条件下的J-C本构模型。研究结果表明:本文建立的修正型J-C本构模型能够真实地反映H13钢的流变行为。     

基于次弹性模型的三维牙周膜建模仿真研究

建立和研究牙周膜的次黏弹性本构模型.对用次弹性模型描述牙周膜力学特性的合理性进行了分析,基于各向同性假设和小应变的条件进行推导,建立了基于单轴拉伸实验数据的牙周膜多轴次弹性模型;基于已有的试验数据,构建了牙周膜次黏弹性本构模型,并确定了粘性参数;在此基础上,建立了牙颌有限元模型,并使用次弹性模型对文献的实验进行了仿真.结果表明,有限元仿真结果与实验数据基本符合,该次弹性本构模型能够描述牙周膜的力学特性.