压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用

将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合,根据有关物理关系通过严格的数学推导,提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程.将该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中,通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数.研究结果表明,应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程能得到损伤随时间变化的曲线,该曲线与采用CT技术观测的混凝土内部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性.所提出的损伤演化方程揭示了脆性材料压剪耦合损伤发展的宏细观机制,为更好地分析计算混凝土的高速贯穿等问题奠定了基础.     

类岩石材料裂纹演化机理的研究进展

简要阐述了岩石、混凝土类材料微裂纹成核、扩展理论和扩展模型及其应用研究,重点突出了国内外学者对岩石内部微裂纹群的演化特征、微裂纹相互作用规律的研究结果及其应用。最后简述了损伤力学在分析岩石裂纹演化方面的应用。     

岩石的损伤机理及其力学特性研究

岩石损伤力学是八十年代发展起来的岩石力学研究的新分支，主要研究岩石在载荷作用下微裂纹、微孔洞发展，最后导致破坏的过程与规律。由于岩石力学性质的复杂性，目前还没有建立成熟和实用的岩石损伤演化模型。因此，探讨更符合岩石力学性质的损伤演化机理具有重要的理论与实际意义。     

塑性变形中的两种损伤

本文对由微孔洞定义的损伤D~A和由弹性模量下降定义的损伤D~E进行了分析,发现两者在量值,各向同异性和不可逆性三方面均存在差异,认为它们是两个完全不同的量。文中指出现行损伤理论中的假设和模型是有缺陷的。为此,本文提出了一种二元损伤模型,使得现行损伤理论存在的一些矛盾得到了较为合理的解决。文中还讨论了受损材料的本构方程和两种损伤应变能释放率。     

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．     

带缺口圆试棒的韧性损伤细观力学分析

本文利用修正的 Gurson 塑性势和有限变形理论,建立了有限变形下韧性损伤的弹塑性有限元方程,并给出了一种孔洞体积分数率的演化模型.利用数值方法,详细地研究了缺口试棒的缺口曲率半径对其损伤分布和破坏形式以及应力三轴度的影响.     

强冲击荷载作用下混凝土材料动态力学特性及本构模型

基于连续损伤力学理论、统计细观理论和Perzyna黏塑性本构方程, 构造了一个塑性与损伤相耦合的本构模型来描述混凝土材料在强冲击载荷作用下的应力-应变响应特性. 在该模型中假设: 1) 宏观上混凝土材料是一个均匀连续体, 而从细观分析其内部则包含了大量随机分布的微裂纹和微空洞等损伤缺陷; 2) 混凝土材料的损伤演化是由其内部拉伸应力作用下微裂纹扩展的累积而引起的, 导致了材料强度和刚度的弱化; 3) 随着微空洞的塌陷, 混凝土材料内部产生了不可恢复的塑性变形, 体积模量也相应增加, 将这一过程看作是微空洞损伤的演化发展; 4) 微裂纹和微空洞损伤之间不发生相互作用; 5) 当裂纹扩展累积到一定程度时, 混凝土材料发生粉碎性破坏. 利用实验结果确定模型所需参数, 并将利用该模型得到的模拟曲线与实验测试曲线进行比较, 结果表明两者较一致.     

微扰法求解各向异性的演化结构

给出了损伤各向异性体规范空间结构的概念。对具有简并子空间性质的简单异性体,在定义柔度的基础上,提出了渐近逼近本征值与本征矢的微扰方法,并导出向复杂异性结构分裂演化的判别方程.利用微裂纹体柔度演化的细观计算结果,预测了损伤诱发的宏观各向异性效应,及相应的演化结构。探讨了物体在连续的外力作用下异性结构分裂的临界现象。     

初始损伤对钢的延性起裂韧性影响的细观力学分析

通过力学参数测量和微观观察研究了初始损伤对钢的延性起裂韧性影响.研究结果表明,随钢组织在预加载荷中产生的微孔洞初始损伤量的增加,其延性起裂韧性降低.并进一步对初始损伤孔洞在后续加载中的演化行为的细观有限元力学进行模拟计算及微孔洞初始损伤对钢的延性起裂韧性影响的机理进行了研究.计算结果表明,初始大尺寸孔洞长大速度比较快,且在这些孔洞之间存在变形局部化,容易诱发二次小孔洞的形核和长大,从而使一次初始大孔洞连接,使材料延性起裂,因而大尺寸初始损伤孔洞主导了材料的延性起裂.随初始损伤量的增加,大尺寸孔洞的数量和尺寸增加,使孔洞聚合(延性起裂)时的应变降低,这也就是随着预载荷比P0/Pgy的增加,材料的延性起裂韧性Pi/Pgy降低的细观力学原因.     

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．     

适应于材料深拉延的延性损伤模型及其应用

以弹塑性有限元基本方程为基础,引入等效应变并采用与弹性损伤模量相关的塑性流动法则,得到对称弹塑性损伤刚度矩阵,根据损伤应变能释放率与损伤变量的对偶关系,提出损伤耗散势的幂率形式,导出了损伤演化规律,将此理论方法用于圆盘的深拉延数值分析,给出由损伤所引起的材料性能退化对冲头力的影响,得出损伤演化规律。     

混合强化材料的损伤演化律及内时损伤本构方程

在Ｇｕｒｓｏｎ理论基础上，通过对空洞模型的分析，推导出各向同性／运动混合强化材料的损伤演化和弱化函数的表达式，并将其嵌入内时本构框架，得到了损伤弹塑性大变形内时本构方程。编制了相应的轴对称有限元分析程序，用其分析圆柱拉伸试件的颈缩，得到与实验较为吻合的结果。     

材料损伤断裂中微孔洞的增长

提出了基于无限基体假定的微孔洞增长模型。模型中认为微孔洞增长是周围基体释放的应变能与表面能及周围基体运动的动能之间相互转化的结果。由此得到微孔洞的增长方程，并以OFHC铜与LYl2铝为例进行了计算，得到微孔洞增长的一些一般性规律，与文献[1]的计算结果定性吻合。     

韧性断裂的微孔损伤理论分析

在连续损伤、等效应力和热力学的基础上 ,建立了广义的微孔损伤理论模型 ,并用于微孔长大和聚集的分析 理论分析表明 :微孔体积分数与等效应变成指数关系 ,三向应力对微孔的长大和聚集有很大的影响 笔者建立实验的模型和理论相比较 ,可以得到 :随着S值的降低 ,模型由理论模型逐渐转化为实验模型 ,S反映空洞间的相互作用 ,当S <0 .6 5时 ,随着二相粒子体积分数的增加 ,S值增加     

岩体爆破破碎损伤机理探讨

指出岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程,是宏观损伤和细观损伤综合作用的结果。利用Ｌｅｍａｉｔｒｅ等效应变假设,分析了细观损伤演化与宏观损伤演化的耦合,提出了一种岩体爆破破碎综合损伤计算模型。     

准脆性材料的细观损伤演化模型

针对以缺陷密度为参量的细观损伤演化模型的局限性 ,着重研究了微裂纹尺寸对损伤演化的影响。提出了含三相正交分布等尺寸微裂纹的准脆性材料稳定扩展的细观损伤演化模型。给出了微裂纹特征尺寸随应力变化的显式表达式 ,并由此得到了含微裂纹的准脆性材料损伤本构关系。通过实例 ,对初始含有相同密度、不同尺寸和数量的微裂纹的两种混凝土材料在单向拉伸载荷下的损伤演化进行了数值计算和比较。结果证实 :含大尺寸微裂纹的材料损伤发展较快 ,相应地 ,加载到同一应力水平时 ,具有较大的应变     

弹性固体材料中的空穴萌生与增长

建立了描述弹性固体材料中空穴萌生与增长的非线性数学模型,获得了空穴萌生明控制参数临界值的精确计算公式和空穴半径的精确表达式.在大变形几何分析中采用了对数应变度量,并且应用了Hooke弹性固体材料的本构关系.数值分析结果表明:当材料不可压时空穴萌生的临界载荷将略低于neo-Hooke不可压超弹性材料的相应计算结果,并且在空穴萌生后空穴半径将迅速增大,这与细观损伤力学和超弹性材料的空穴分叉理论的结论相一致;空穴萌生时环向应力将成为无限大;如果材料是弹塑性(韧性)材料,则会得空穴附近发生塑性变形,从而导致材料的局部损伤和破坏.     

Effect of void nucleation on microstructure and stress state in aluminum alloy tailor-welded blank

The microscopic damage initiation characteristic in welded joint greatly determines the subsequent damage evolution and fracture behavior of aluminum alloy tailor-welded blank(TWB) during plastic forming. In this study, the interactive dependence of void nucleation on microstructure and stress state in the welded joint of a2219 aluminum alloy TWB was quantitatively explored by in-situ SEM testing. Moreover, a micromechanical model based on actual microstructure was adopted to reveal the underlyi...