基于Yeoh本构关系橡胶超弹性材料的无网格法分析

利用Yeoh本构模型来表示橡胶在大应变情况下的变形力学行为,通过应变能函数推导橡胶变形中的应力应变关系和切线刚度矩阵.根据本构关系特点,采用完全拉格朗日形式,在再生核质点法引入Yeoh本构模型来实现橡胶材料的数值分析,给出了橡胶材料再生核质点法的计算控制方程.通过对具体实例分析,表明了该方法具有较高的计算精度和较好的收敛性,可以有效避免橡胶材料大应变分析中的体积闭锁现象.     

基于分数导数的橡胶材料两种粘弹性本构模型

分数导数模型能涵盖标准机械模型,并能够比较精确地描述粘弹性材料本构关系。该文对一种橡胶材料进行了不同温度和不同应变幅值下的频率扫描实验,得到了橡胶材料的储能模量、损耗模量和损耗因子随频率的变化情况。分别采用分数阶Kelvin-Voigt模型和高阶分数导数FVMP模型(fraction Voigt and Maxwell model in parallel)预测该材料的频率响应曲线,对橡胶材料动态力学性能进行评估。与实验结果的对比分析表明:分数阶Kelvin-Voigt模型存在一定的误差,而高阶分数导数FVMP模型能较好地描述该材料在不同温度和不同应变幅值下的动态力学行为。     

悬架舒适性橡胶衬套静-动态特性研究

以某车麦弗逊前悬架控制臂舒适性橡胶衬套为对象,依据超弹性本构理论的应变能密度函数与已有的橡胶材料基础试验数据,确定Yeoh本构为该衬套超弹性本构模型来描述衬套静态特性;并采用广义Maxwell模型与已有超弹性本构模型叠加方法,提出了超-黏弹性本构模型来描述衬套动态特性;进行衬套静、动态结构试验并获取衬套轴向与径向部分静、动态特性试验信息,将仿真曲线与试验曲线的一致性作为优化目标,利用Hyper Study集成优化算法—自适应响应面法(ARSM)并调用ABAQUS求解器对衬套超弹性与黏弹性材料本构系数进行识别优化,以获取匹配该衬套特性精度较高的超弹性与黏弹性本构参数。利用识别后较高精度的超弹性本构与粘弹性本构参数,结合有限元分析技术,完成该橡胶衬套静-动态特性全信息重组。     

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。     

弹性回复对应原理在非线性粘弹性本构理论中的应用

 在引用三维Stieltjes卷积形式的简化非线性粘弹性本构关系和三维本构关系的弹性回复对应原理的基础上,提出了一种寻求非线性粘弹性本构关系的新方法,运用上述理论对聚丙烯材料在不同应变率条件下的单轴拉伸应力应变曲线进行了模拟,理论计算表明,建立在弹性回复对应原理基础上的非线性粘弹性本构关系能够对聚合物一类非线性粘弹性材料的本构行为进行合理的描述.     

在围压冲击条件下岩石损伤粘塑性本构关系

基于简单的机械模型导出了岩石类材料在损伤状态下的应力应变关系，通过对适合与岩石类工程材料的内时定义的适当修正，将材料所受围压和应变率引入到本构关系中，导出了岩石在围岩压条件下的内时粘塑损伤本构关系，用所建立的本构方程描述了石岩在围压条件下的动态应力应变响应特性。结果表明，岩石的动态损伤使得材料的抗力明显降低，围压使得材料的抗力明显增加，考虑损佃的本构方程比未计及损佃的本构方程更好地描述了在围压条件下岩石动态损伤的实验现象。这一工作对深层岩石动态的研究提供了一种方法。     

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。     

非均匀分布孔洞材料的梯度本构关系

提出了一种对非均匀分布孔洞材料的分层等效方法,宏观上可等效为材料参数随厚度变化的梯度材料．利用有限元方法建立代表单元体(RVU)的三维多层模型,并施加必要的边界条件,计算出各层的平均应力应变,将上述值代入多孔橡胶的本构方程(该方程由所选多孔橡胶的应变能函数推导),即可计算出描述等效梯度材料宏观力学性能的等效弹性参数,从而确定了非均匀分布孔洞材料的梯度本构关系,分析了2种典型的非均匀分布孔洞,从中可看出分布类型的影响．     

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。     

基于反双曲正弦函数的循环本构模型

为改善本构模型对循环变形应力-应变滞回环的预测能力，基于反双曲正弦函数提出了一个新的随动硬化律。在该硬化律中，背应力分为长程、中程和短程3部分，并且每部分都符合“A-F”硬化律的演化形式（即包含线性项和动态恢复项）。在长程和中程背应力中，动态恢复系数逐渐演化以描述大变形瞬态包辛格效应，并且系数中引入了棘轮系数以描述材料的棘轮行为；在短程背应力中，线性项和动态恢复项分别由两部分组成，其中一部分只在反向屈服发生时起作用以描述小变形下反向屈服塑性模量降低的行为。在单调加载时，该随动硬化律可以积分为一个反双曲正弦函数，并且调控单调加载响应、棘轮变形演化和滞回环形状的参数互不耦合。基于该随动硬化律，在次弹性大变形框架下建立了循环本构模型，并考察了其对棘轮变形和应力-应变滞回环的预测能力。     

橡胶类材料大应变时明显硬化的本构分析

对不可压缩各向同性超弹性橡胶类材料引入一种应变能函数来模拟其增强效应．应变能函数中包含了应变不变量，且限制了最大主伸长，对均匀变形的单轴拉伸橡胶类材料进行了计算，实验表明，该函数较好地反映了Mooney-Rivlin型材料的增强效应。     

热动力学框架内的RPC材料弹塑性各向异性损伤本构建模研究

考虑材料刚度的退化,不可恢复应变,非弹性体胀及单边效应,建立了RPC材料的弹塑性各向异性损伤本构关系.采用有效应力张量的正负分解,拉压不同的塑性硬化法则和拉压不同的损伤演化法则对RPC材料的单边效应进行了建模.采用张量型的损伤变量来描述损伤的各向异性,通过四阶损伤效应张量和应变等效假设建立有效构形和损伤构形中的物理量之间的关系.在热动力学框架内,建立了RPC材料的状态势和耗散势,由状态律给出了与状态变量共轭的热动力学广义力与状态变量之间的关系,由动力律给出了状态变量的演化关系,由塑性加载条件,损伤准则和一致性条件给出了塑性乘子和损伤乘子的大小,最终推导出弹塑性损伤切线刚度张量,为数值方法的实施典定基础,讨论了材料参数确定的方法和模型的局限性,为进一步的工作指明了方向.     

水泥土强度特性和损伤本构模型研究

为探究围压对水泥土强度特性的影响以及建立不同围压影响下的损伤本构模型,开展室温和冻结状态不同围压下三轴剪切试验.考察了围压对水泥土力学参数的影响规律,建立能够反映出低围压对冻结水泥土强度的强化作用和高围压的弱化作用的修正Hoek-Brown强度准则.假设水泥土微元强度的分布规律服从双参数的Weibull函数,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式分别确定室温和冻结状态下水泥土微元强度,建立了考虑围压的统计损伤本构模型.结果表明,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式建立的损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下水泥土应力-应变曲线,且能够反映出冻结状态水泥土低围压下的应变软化现象与高围压下的应变硬化现象.室温状态时不同围压下损伤变量随轴向应变变化曲线形状相似,均随轴向应变增加呈"S"型单调递增.冻结状态下低围压抑制水泥土损伤劣化程度;高围压使其损伤劣化程度增加,在轴向应变很小时,损伤变量就达到较大值.     

高温下混凝土硬化模型研究

高温下混凝土的塑性和粘塑性应变分析是有关水工结构的设计基础本构关系用于表示材料应力和应变之间的联系 ,其中混凝土的硬化模型研究占有重要地位 在硬化模型研究中的难点之一是 ,关键材料参数须由双轴拉压试验方法确定 ,对设备的要求较高 ,工作量大 笔者通过分析材料单元在多轴应力状态和单轴应力状态下变形的内在联系 ,得到了一种由单轴压缩试验确定关键硬化材料参数的简便方法 ,改进了高温下的混凝土本构关系 ,使得进行更为可靠的结构设计成为可能     

细片层状微结构珠光体材料损伤本构关系

基于非经典塑性理论和连续介质损伤力学,在已有的具有细片层状微观结构珠光体团的弹塑性本构方程的基础上,采用Gurson模型考虑铁素体相的孔洞型损伤,建立了基于有限大椭球体中含椭球形孔洞的细观损伤模型,得出了混合强化材料的损伤演化率,将其嵌入铁素体相的本构描述,得到了珠光体团的损伤本构模型.进而采用Hill自洽方法,得到了珠光体材料的宏观损伤本构描述,发展了相应的数值方法与程序.对典型珠光体双相材料BS11在复杂加载史下的响应特性进行了分析,并对BS11在典型轮轨接触摩擦应力状态下的响应特性与损伤进行了分析.文中工作对于揭示珠光体材料损伤宏观响应特性的微结构机理,以及发展此类复相材料的损伤本构理论具有重要的意义,并具有重要的工程应用背景.     

FEM simulation of flexible roll forming based on different material models

Flexible roll forming is a new roll forming process that produces parts with variable cross sections. This forming process is proposed to meet the demand of weight reduction of automobile industry. In order to study the mechanisms and material flow rules in this new forming process,the finite element mothod( FEM) model of a nine-step flexible roll forming of an ultra-high-strength steel bumper is established based on deep understanding and reasonable simplification of the process.Given that the material model is an important factor that influences the simulation accuracy,three material models which consist of different yield criteria and hardening models are adopted in the FEM models. Sheet thickness and springback amount calculated with three material models are studied comparatively. According to sheet thickness reduction and springback amounts,it is found that the MKi( Mises yield criterion and kinematic hardening law) model's result is larger than MI( Mises yield criterion and isotropic hardening law) model and HI( Hill's yield criterion and isotropic hardening law) model. Therefore,it is concluded that material models do have influences on the flexible roll forming simulation and need to be determined carefully.     

微细塑性成形计算机模拟技术研究

在分析应变梯度塑性理论的发展及其应用的基础上，参考目前一个新的考虑了材料尺度效应的硬化关系，采用理论分析、计算机模拟和实验分析相结合的方法，对微细零件的冲压成形工艺进行了系统研究．利用ABAQUS／Standard的用户材料子程序UMAT编写程序，并成功被ABAQUS调用；运用编写的程序模拟了薄悬臂梁的微弯曲情况，并与实验结果比较分析，结果证实了所采用的本构关系和开发的用户子程序的有效性和实用性。     

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。     

镁合金塑性-蠕变交互作用的损伤本构模型

基于简单机械模型并合理地定义广义时间标度,得到了描述塑性-蠕变交互作用的统一型本构方程．在此基础上,采用Gurson模型考虑了镁合金在铸造过程中及由二相粒子脱落等所造成的孔洞型损伤,建立了基于含球形孔洞的有限体积球体的损伤模型,由此建立了混合强化材料的损伤演化．利用所建立的描述损伤本构模型和损伤演化,分析了镁合金在循环栽荷作用下的响应特性,取得了与实验相吻合的结果．     

基于修正塑性功函数的砂土硬软化本构模型

基于与应力路径无关的修正塑性功函数,提出了一个新的可以考虑砂土变形强度应力路径效应的弹塑性硬化-软化本构模型.模型所采用的与应力路径不相关的修正塑性硬化函数是基于砂土多应力路径平面应变压缩试验结果、经过数学拟合而得到的.文中建议的本构模型属于等向硬化-软化、考虑非关联流动的弹塑性模型.有限元计算结果与室内试验结果比较表明,该模型不仅可以较好地模拟砂土变形强度的应力路径效应,同时也可以模拟砂土变形强度的应力水平依存性、强度的固有结构性各向异性、初始空隙比依存性,以及砂土伴随剪切破坏的软化效应.