基于广义Maxwell模型的形状记忆聚合物力学本构

为揭示形状记忆效应的黏弹性力学机制并进行形状记忆过程模拟,先推导出积分形式的广义Maxwell本构方程,再结合时温叠加原理推导出形状记忆过程的形状固定率公式及应力应变演化方程.形状固定率公式显示:增大"固定约束时长/拉伸阶段时长"的比值可增大形状固定率.应变演化方程揭示:随温度降低偏移系数变小,释放约束后应变演化方程中的时间被缩减,使应变恢复速度趋近于0;随温度升高偏移系数变大,对时间的缩减效应减弱,应变发生恢复.应用Abaqus软件的黏弹性力学模型,基于Arrhenius方程和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程,通过二次开发建立形状记忆聚合物结构分析的数值模拟方法.采用环氧基形状记忆聚合物进行拉伸-松弛实验测定数值模拟中需要输入的材料参数,并进行形状记忆过程实验和数值模拟.结果表明,所提数值模拟方法能有效描述形状记忆过程,且针对实验所用的环氧基形状记忆聚合物,Arrhenius方程较WLF方程具有更高的计算精度.     

聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内三维粘弹流动分析

利用罚函数有限元法，采用PTT粘弹模型，对聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内的三维等温流动进行了数值模拟，得出了不同挤出量下的速度和应力分布．结果表明：口模截面上流动中心位于流动阻力较小的部分，而且这部分的流速较快；必须依据流动阻力的大小来匹配组成口模截面的各部分所对应的成型区长度，流动阻力大的部分，长度应较小，以免产生流动不平衡从而导致挤出物离模后的扭曲；过渡区对熔体在其上游的稳流区和在其下游的成型区内的流动均有明显影响；聚合物熔体的松弛时间对熔体流速无影响，对剪切应力的影响非常小，随着松弛时间的增大，熔体的粘弹性拉伸应力下降，而且熔体粘弹性拉伸应力对总拉伸应力的贡献很大．     

沥青混合料热粘弹性本构模型的实验研究

针对不同的温度条件下沥青混合料的应力松弛特征开展了试验研究,并应用热流变简单材料的时温等效原理对实验结果进行了分析和参数拟合．在此基础上,提出了一种描述变温条件下沥青混合料温度应力松弛特性的热粘弹性本构模型,并通过对TSRST沥青混合料温度收缩应力试验的模拟,对该模型的合理性进行了验证．     

HDPE土工膜温度应力及其应力松弛评价

利用弹性理论和粘弹性模型提出了温度应力和温度应力松弛的评价方法.采用拉压传感器、热电偶以及位移计研究了环境温度变化对HDPE土工膜温度应力的影响,以及HDPE土工膜温度应力伴随时间变化的规律.实验结果表明:HDPE土工膜的温度应力伴随环境温度的变化而变化,当环境温度下降时将导致HDPE土工膜收缩产生温度应力;在同一温度条件下,HDPE土工膜发生了温度应力松弛现象.运用提出的评价方法对温度应力及其应力松弛进行了评价,并与模拟试验结果进行了对比,温度应力松弛现象的解析结果与实验趋势一致.所提出的评价方法对HDPE土工膜温度应力及其松弛现象解析具有实际使用价值.     

粘弹性应力松弛过程的时间标度变换

通过时间标度变换方法,提出了粘弹性应力松弛过程的一个经验公式.对聚合物材料应力松弛过程进行了拟合处理.该方法数学处理简单,且对应力松弛过程给出了很好的描述.     

考虑侧应力松弛的软土流变试验及模型参数求解

土体粘弹性本构模型参数的确定是研究土的流变特性的关键.采用考虑侧应力松弛效应的三元件粘弹性本构模型,经拉普拉斯变换和反变换得到了侧限压缩状态下土体的竖向应变和侧向应力的解析解;以试验数据点与拟合曲线点的相对误差平方的平均值作为评价试算拟合的标准,模型参数可根据竖向应变-时间和侧向应力-时间试验数据拟合确定.实例分析表明...     

基于积分法的轴对称拉深成形凸缘区应力、应变数值解

在平面应力、平面应变和等效应变与位置半径反比假设条件下,对轴对称拉深成形凸缘区的应力、应变的解析解进行比较.在平面应力假设条件下,给出了基于直接积分法的凸缘区应力、应变计算流程,简化了参数方程的求解过程,得到了考虑厚度变化的应力应变数值解.理论分析和有限元模拟结果表明,3 种假设条件下的径向应力数值解与有限元模拟结果都相差较小,平面应力假设条件下的应力、应变数值解与有限元仿真结果更接近.采用0.87mm 厚的ST16钢板进行了圆筒形件拉深成形实验,测量了凸缘区的应变,分析表明,平面应力假设条件下得到的应变数值解与实验结果更相符, 有限元仿真结果与实验结果接近且趋势-致.     

温度对介电弹性体材料致动器动态性能的影响

介电弹性体材料(Dielectric Elastomer,简称DE)具有很强的粘弹性,由于DE材料的粘弹性具有时间依赖关系,从而使其应力-应变也具有时间依赖性,因此动态变形中,其能量转换、宏观变形等特性也必然受到粘弹性的影响。同时,DE的粘弹性和介电常数具有很强的温度依赖性。通过引入温度对介电常数、弹性模量和粘弹性松弛的影响,并结合DE的粘弹性力学模型和欧拉-拉格朗日方程,构建了不同环境温度场下的DE系统的动力学控制方程。最后,通过数值模拟,分析了温度对DE材料致动器动态性能的影响。研究结果能为DE致动器的结构设计和动态变形控制提供理论指导。     

从三参数固体模型来理解高聚物的粘弹性

为了更好的理解高聚物的粘弹性.通过三参数固体模型的几何构型来推导其运动微分方程,利用其微分方程分析此模型的应力松弛过程、蠕变过程、以及反映弹性和粘性相结合的应力松弛时间和蠕变推迟时间.利用微分方程不同情况下的解,分析了应力松弛过程和蠕变过程.结果表明这种三参数固体模型能够很好的描述聚合物的力学性能.     

CSP连轧过程变形的有限元分析

借助Marc商用软件,采用弹塑性大变形热力耦合有限元法,对薄板坯CSP连轧过程的变形过程进行模拟,分析了轧制过程中各道次轧件等效应力、等效应变、等效应变速率和轧制力的变化．结果表明：在轧制变形区内,等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值;而在轧件入口表面附近等效应力和等效应变速率最大;在轧制稳定阶段．轧制力在微小范围内波动;轧制力模拟值与实测值基本一致．分析结果可以为工业生产提供参考．