无机玻璃材料的改进TCK本构模型

为了研究冲击荷载作用下无机玻璃材料的拉伸损伤特性,将适用于陶瓷材料率相关的TCK动态拉伸型本构模型加以改进,并将改进后的TCK本构模型应用于侧向撞击玻璃平板试验数值仿真.由仿真分析结果发现,改进的TCK本构模型对于无机玻璃材料的应力波传播速度、拉伸和压缩损伤区域的面积和位置,以及损伤扩展速度的计算分析较为准确.     

考虑应变率效应的钢制车轮冲击仿真与试验

针对应变率效应对钢制车轮冲击性能的影响,通过对钢制轮毂进行不同应变率下的材料实验,拟合出综合考虑多种应变率的轮毂材料本构模型.基于该本构模型,根据GB/T 15704 1995建立13°冲击工况下钢制车轮冲击有限元模型,结合冲击物理试验对比分析冲击仿真结果,验证本构模型和冲击模型的正确性.提出一套基于冲击性能的高精度钢制车轮仿真分析方法,为我国汽车钢制车轮的设计与开发提供借鉴.     

675装甲钢的静动态力学行为与J-C模型参数拟合确定

为研究675高强装甲钢在受到弹丸冲击后的动态响应问题,需要确定一套适用于侵彻仿真计算的675装甲钢的材料模型. 通过开展675装甲钢的动静态力学性能试验和材料断裂实验,并且根据实验结果对675装甲钢材料的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数进行了拟合. 同时,根据弹道试验建立了仿真侵彻模型,将数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明:通过材料性能实验得到的675装甲钢的Johnson-Cook本构和失效模型应用于弹靶侵彻的数值仿真时,得到的仿真结果与弹道试验结果的平均误差为6.5%,最大误差不超过10%,拟合得到的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数的可靠性较高,对675装甲钢在冲击载荷下的仿真计算具有重要意义.      

冲击载荷下无限长条损伤材料反平面裂纹问题研究

为了研究冲击载荷下小范围损伤时材料的裂纹问题,建立了无限长条含损伤材料的反平面有限长裂纹的力学模型．从宏观唯象角度,采用Lemaitre在应变等效假设基础上建立的损伤本构方程,通过积分变换-对偶积分方程方法,获得了裂纹尖端动态应力场．动态应力强度因子的计算结果显示,在小范围损伤的情况下,随着损伤的增加,动态应力强度因子的幅值降低,反映了小范围损伤时损伤对裂纹扩展的屏蔽作用．     

考虑损伤发展的钢材混合强化本构模型

为了更准确地模拟往复荷载作用下金属材料的劣化,在大变形弹塑性理论及损伤力学理论的基础上,采用双线性混合强化模型及Lemaitre损伤模型建立了可考虑损伤发展的混合强化弹塑性本构模型.提出了利用单轴拉伸材料常数计算损伤材料参数的近似方法.利用有限元程序ANSYS的用户可编程特性,将所编制的材料模型子程序嵌入ANSYS程序...     

飞机壁板结构战伤的动力有限元仿真

根据已有实验方案分别建立了离散杆和射弹高速冲击飞机壁板结构的有限元模型,利用显式动力有限元计算程序进行了冲击损伤仿真。仿真得到的壁板损伤模式及尺寸结果与相应实验结果比较吻合,验证了仿真选用的Johnson-cook材料本构模型和Gruneison状态方程参数以及侵蚀接触算法的可靠性。     

AMD蚀化下砂岩的损伤本构模型

通过酸性矿山排泄水(AMD)蚀化砂岩的力学性质研究,利用Weibull函数分析砂岩微元体强度分布特征,导出单轴压缩下砂岩的损伤本构关系;基于AMD蚀化下砂岩主要胶结物含量的变化,引入砂岩化学损伤变量,得到蚀化后砂岩的等效弹性模量;根据推广的Lemaitre应变等效原理,建立AMD蚀化下砂岩的损伤本构模型.利用现场采集的pH为1.07和3.26的AMD溶液蚀化下砂岩单轴抗压试验,以及文献[7]中人工配制pH为3.0和5.0酸液溶蚀砂岩试验结果,分别检验所建本构模型的合理性.结果表明:模型预测曲线与试验结果曲线基本吻合,较客观地反映AMD蚀化下砂岩的损伤演化特性.     

基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型

提出考虑宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型。首先介绍仅考虑微裂纹等细观缺陷影响的岩石损伤本构模型及仅考虑节理等宏观缺陷影响的岩体损伤本构模型,其次基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏观和细观缺陷耦合的复合损伤变量,从而建立基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型,最后通过引用岩石单轴压缩试验资料对模型合理性进行验证。研究结果表明:该模型能够较好地同时反映宏观和细观缺陷对岩体应力应变曲线的影响。同时采用该模型对含不同倾角的单节理岩体和含多条平行节理的岩体在单轴压缩荷载下的应力应变曲线进行分析,所得结果与相关文献中的试验及理论结果具有很好的一致性,说明了该模型的合理性。     

Lemaitre损伤模型的两种数值算法及其对比

基于Lemaitre损伤模型,采用2种简化的本构积分算法,对三维应力状态下各向同性塑性损伤问题进行计算。利用MATLAB语言编写相应的求解程序,分析不同应力状态下材料的损伤破坏过程,对比2种算法的计算精度与计算效率。结果表明:2种本构积分算法的计算结果均与理论解一致,能够适用于复杂应力状态下三维结构损伤与破坏分析;相比于应力与损伤耦合更新的算法,在增量步内将应力与损伤解耦更新的弱耦合算法可以更好地提高计算效率。     

单轴压缩荷载下煤岩的弹脆性损伤本构模型

基于计算机层析摄影技术下单轴压缩脆性煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律 ,对白皎煤矿脆性煤岩材料进行损伤描述 ,分析求解实验过程中煤岩试件的损伤变量 ,并与Bellonoi和Lemaitre公式求得的损伤变量进行对比 ,以说明该方法求损伤变量的合理性 .为正确描述脆性煤岩材料的本构行为及演化过程 ,根据实验结果 ,分别给出脆性煤岩材料准线性阶段、损伤开始演化和稳定发展阶段、损伤加速发展阶段的损伤本构模型及损伤演化方程 ,以供工程参考使用 .     

TC4热氧化钛合金内空半球壳体的动态响应

利用有限元程序对TC4(Ti-6Al-4V)热氧化钛合金内空半球壳体进行子弹冲击模拟,基于准静态压缩实验和动态Hopkinson压杆实验数据,研究了径厚比、冲击速度、应变率效应对TC4热氧化钛合金内空半球壳体动态响应的影响,得到了不同工况下的TC4热氧化钛合金内空半球壳体的接触力峰值以及顶点位移.TC4热氧化钛合金的材料模型由实验数据拟合得到的考虑应变率效应和温度效应的Johnson-Cook本构方程描述,其中,实验数据由Hopkinson压杆技术测得.结果表明:接触力峰值和顶点位移均与径厚比成反比;接触力峰值和顶点位移均与冲击速度成正比;考虑应变率效应更能反映TC4热氧化钛合金内空半球壳体的抗冲击能力和抗变形能力.     

钨合金绝热剪切损伤数值模拟

利用ABAQUS提供的用户自定义材料本构接口,将一种含绝热剪切损伤的材料粘塑性Johnson-cook本构模型引入其中,以此对圆台形钨合金试件在冲击载荷作用下的变形行为进行数值模拟,较好地模拟出了试件绝热剪切变形所产生的损伤.     

激光冲击718镍铬合金残余应力场试验及有限元分析

为提高718镍铬合金的疲劳强度,采用Nd:Glass强脉冲激光对其表面进行冲击强化处理.经X射线应力仪测试冲击区的残余应力场,利用Abaqus有限元软件,以Johnson-Cook(JC)模型作为本构关系,对其残余应力场进行分析计算.通过试验结果与仿真分析的对比,说明激光冲击能形成残余压应力层、提高疲劳寿命,选择JC模型作为本构关系是可行的,但由于应变率的差异,必须对JC模型材料参数数值进行优化,才能取得较精确的结果,并从激光冲击次数对残余应力场的分析进一步加以验证.结果表明,所提的JC模型材料参数优化方法简单易行.     

局部材料损伤行为的双孔微剪切实验

为研究材料的局部力学性能进行双孔微剪切实验,将实验结果与有限元相结合获得材料的损伤参数.通过对比实验与数值仿真的结果,验证Gurson和Johnson-Cook两种损伤模型对双孔微剪切过程中损伤的起始和演化过程.结果表明,基于微观机制的Gurson模型不能很好地预测剪切断裂的过程,宏观现象学的Johnson-Cook损伤模型能够得到满意的结果.分析原因,材料的损伤行为与三向应力度相关,在三向应力度不同时损伤机理不同.     

45#钢热粘塑性本构参数的确定及应用

基于45#钢3种不同热处理状态的材料测试系统(MTS)和Hopkinson不同加载条件(应变率10-3~103/s)下的真应力-真应变曲线,利用最小二乘法拟合了Johnson-Cook本构关系中的待定参数,修正了应变率硬化指数,拟合的本构关系参数的计算值与实验数据比较,吻合很好.数值模拟结果与霍普金森压杆(SPHB)实验曲线的对比说明,修正的Johnson-Cook本构关系可以更真实地描述冲击载荷条件下45#钢的力学行为.在此基础上获得了本构关系参数与材料组织铁素体体积分数之间的定量关系,为高应变率载荷条件下使用的45#钢热处理工艺制定提供了科学依据.     

基于GA和DEFORM的陶瓷材料切削力数值模拟

通过有限元仿真及材料本构模型修正、遗传算法优化、数值模拟以及车削试验,研究了车削陶瓷材料切削力变化规律.有限元仿真成屑对比结果表明,经典的Johnson-Cook模型的切屑为连续片状,与实际加工不符;模型改进后,其仿真切屑为块状崩碎屑,对陶瓷材料有限元仿真较为适用.依据简单单因素有限元仿真数据,利用最小二乘法进行了一元回归数值拟合,获得了切削力与单一参数的解析式,相关系数检验结果表明模型具有较高的精度.利用遗传优化算法,建立了切削力多元模型.通过单因素试验、正交试验进行了多元模型验证,结果表明该模型能够准确反映切削力变化规律,具有较好的可靠性.     

基于Weibull分布的石砌体单轴受压损伤本构模型

石砌体的本构模型是石砌体力学计算和有限元数值模拟的重要基础和前提条件。为了深入研究石砌体单轴受压下的本构关系,基于损伤力学理论,应用双参数Weibull分布函数反映损伤变量,根据石砌体单轴受压应力-应变全过程曲线的特征条件确定其参数,推导并建立了石砌体单轴受压损伤本构模型,将已有试验数据验证本构模型的正确性,并将本构模型与典型的砌体本构模型进行对比分析,最后应用本构模型对已有石砌体拱桥试验进行有限元分析以验证本构模型的适用性。结果表明：所建模型与已有石砌体单轴受压试验结果吻合良好;所建模型验证了石砌体损伤演化的一般规律,符合典型的砌体本构模型的一般趋势;所建模型可应用于石砌体结构有限元分析计算,适用性良好。     

微波照射下花岗岩单轴压缩损伤本构模型

为深入研究微波照射花岗岩的损伤演化过程以及探讨微波照射过的花岗岩进行单轴压缩后花岗岩应力-应变关系,首先以微波照射花岗岩的损伤特性为基础,综合考虑花岗岩在微波照射以及荷载作用下受到的损伤,将Weibull分布与损伤力学结合,得到考虑多因素作用的花岗岩损伤演化方程。然后根据Lemaitre应力等效原理及Hook定律,推导出考虑微孔隙闭合的花岗岩损伤本构模型。最后,采用微波循环照射花岗岩试验和单轴压缩试验对模型进行验证。验证结果显示,本研究建立的本构模型与试验结果拟合的曲线能较好吻合,证明了模型的合理性及参数取值的正确性。为岩石微波损伤理论的研究以及微波辅助破岩提供思路。