几何非线性连续体结构拓扑优化仿生方法

利用基于Wolff法则的仿生方法对几何非线性、线弹性连续体进行拓扑优化.该仿生方法中引入构造张量作为设计变量用于描述设计域内各点处材料微结构的几何特征及其宏观弹性本构.同时,引入参考应变区间并结合Wolff法则用于确定结构中某点处材料的更新方案.考查了结构最优拓扑的网格依赖性以及参考应变区间对结构的最优拓扑及材料分布的影响.数值算例表明,结构的最优拓扑无网格依赖性.几何非线性线弹性连续体结构的最优拓扑明显地依赖于参考应变区间的选取.如果参考应变区间长度为零且荷载为指定位移时,按同比例改变荷载及参考应变区间上确界,可得到相近的最优拓扑和材料的分布.     

基于广义位势理论的岩土塑性应变增量方向非唯一性问题

基于广义位势理论提出的考虑拟弹性的弹塑性模型(拟弹性弹塑性模型)把总的塑性应变分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,这样分解后建立的模型更为合理和简便,同时又可以解决岩土塑性应变增量方向非唯一性的问题。研究结果表明:基于广义位势理论的拟弹性弹塑性模型的模拟效果较好,传统的弹塑性模型只能反映塑性应变增量方向的唯一性,而拟弹性弹塑性模型则能够同时反映塑性应变增量方向的唯一性(高应力水平时)和非唯一性(低应力水平时),结果更符合实际,从而为解决塑性应变增量方向非唯一性问题提供了一种有效的方法。     

Cauchy应变公式的几何解释及其应用

本文通过对假想的单位球面上点的微小位移的分析,赋予由 Cauchy 应变公式给出的应变向量以明确的几何意义,从而使小变形应变张量中一向具有不同几何解释的正应变和剪应变分量具有统一的几何解释,并举例说明了它的有效应用.     

引入内结构张量的非比例循环塑性本构模型

考虑非比例加载情况下金属材料塑性循环强化特性的本构描述,为反映由于非比例加载而引起材料的附加等向强化及异向强化效应,提出在Valanis的塑性内时响应方程中引入与加载路径几何性质有关的内结构张量,建立了新的非比例循环塑性本构模型.其中,材料强化程度采用沿路径法线方向的塑性应变分量描述.用所建模型对304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的响应进行了理论预测,并与相关文献中的实验结果进行了比较,结果令人满意.     

具有调和曲率张量的拟爱因斯坦流形

本文讨论了拟爱因斯坦流形定义中的两个数量函数及生成元与调和曲率张量的关系,给出了具有调和曲率张量的拟爱因斯坦流形的一个充要条件,即数量函数及生成元应满足的微分方程。同时,做为特例,也考虑了拟常曲率流形中的类似问题。     

金属成型塑性力学理论经典与现代专题

本书从现代而全面的观点介绍金属成型塑性力学理论，首先回顾了金属成型塑性力学理论基本内容，必要的连续介质力学的背景材料和经典金属成型塑性力学理论。全书共分十一个部分。第一部分金属体成型，包括成型理论基本描述、应力张量、应力应变张量分量。第二部分金属成型热动力学，包括热动力学概论、金属温度场。第三部分金属的塑性力学，介绍金属塑性行为。第四部分粉末成型塑性力学，包括粉末材料的介绍和状态方程。     

金属成形中韧性断裂准则的细观损伤力学研究进展

随着韧性材料内细观损伤发展机制的深入研究,细观损伤力学在预测金属材料发生韧性断裂的过程中发挥着越来越重要的作用.与传统的宏观断裂力学不同,细观损伤力学侧重于研究材料内细观损伤的演化对于材料宏观断裂的影响.介绍了细观损伤力学发展的背景;阐述了细观损伤力学的研究现状;探讨了细观损伤力学发展过程中所面临的一些问题和应变梯度塑性理论对于细观损伤力学发展的推动作用.     

基于强度理论的岩石损伤弹塑性模型

根据单轴受力特性曲线唯象地考察岩石材料损伤演化,定义弹性应变表示的一维损伤变量及其本构模型,利用双剪强度理论将其推广至三维模型.塑性是潜在破坏面的摩擦滑移,在传统塑性理论的框架中,建立了基于摩尔-库仑强度理论与潜在滑移面摩擦软-硬化特性的各向异性损伤弹塑性本构关系.结果表明,计算的损伤演化与CT观测结果符合很好,用本文的弹塑性模型反映损伤材料的力学特性是可行的.     

球坐标非线性热应力本构方程

以应力张量作为单个应变张量的张量值函数,用张量不变量表示,得到了各向同性材料6阶非线性完备的、不可约的本构模型及其相应的应变能函数。同时,基于张量函数表示定理,研究了自变量为有限应变张量E和温度T,因变量为应力张量K的张量值函数,推导了6阶非线性各向同性弹性材料完备的,不可约的热应力本构方程和应变能函数。由张量函数出发导出的6阶非线性各向同性材料的本构方程,虽然是完备的,不可约的,在任意坐标系下都成立、具有普适性,但是实际应用仍需要转换到特定坐标系,才能同几何方程、平衡方程一起,组成求解弹性力学问题完备的方程组。因此,本文将得到的张量形式的本构方程应用到球坐标系下,得到了薄球壳非线性本构方程以及薄球壳热应力本构方程。同时,推导了薄球壳非线性内力和力矩。     

壳体中性曲面变形后的度量张量和曲率张量

为了从数学角度更好地描述壳体中性曲面如何变形,通过渐近分析和张量分析,给出了当壳体中性曲面发生形变时度量张量和曲率张量改变量的完整表达式.提出的度量张量的改变量与Ciarlet给出的一致,而曲率张量的改变量比Ciarlet给出的更精确.由于度量张量和曲率张量的改变量是构造Koiter型线性、非线性弹性壳体模型的重要组成部分,因此提出新的Koiter型非线性弹性壳体模型,理论上比Ciarlet的非线性模型误差更小.这为火箭、导弹、航天飞船等国防领域和火车、汽车等工业领域的研究提供了更好的数学基础.     

基于内变量损伤模型的复合材料板的非线性动力响应

基于Talreja复合材料张量内变量损伤模型,建立了复合材料单层板平面应力问题的损伤本构关系,进而获得了层合板的损伤本构方程及非线性动力学方程,且应用有限差分法和迭代法进行求解．数值结果表明,考虑结构的损伤和损伤演化时,结构的非线性动力响应将发生显著的变化。     

节理岩体损伤模型的有限元分析

将岩体中固有的初始节理损伤考虑成宏观损伤场，通过引入损伤张量模拟岩体的多裂隙性。损伤张量由节理组的实测数据确定，并引入有效应力来计算节理岩体的力学效应。编制了损伤模型的平面非线性有限元程序，并采用损伤模型和常规有限元模型的有限元程序对某矿山边坡进行对比计算分析。结果表明，损伤模型的有限元解析能反映节理岩体的各向异性。     

张量方法在非线性最小二乘问题中的应用

本文利用张量方法求解非线性最小二乘问题ｍｉｎｆ（ｘ）＝１／２Ｒ（ｘ）＾ｒＲ（ｘ）。主要讨论其奇异问题的算法，提出求解非线性最小二乘问题一种张量算法，并讨论了张量算法中解的存在性。     

基于应变状态的岩石损伤演化模型

针对基于几何特征统计的损伤张量难以描述由局部应力集中或局部变形不协调引起的损伤局部化现象问题,建立了基于材料应变状态的损伤张量,并根据弹脆性本构关系和相应的屈服准则推导损伤演化方程,研究脆性岩石材料的损伤效应.实例计算表明,基于材料应变状态建立的损伤模型有更快的损伤演化速度,更能反映脆性岩石的性质.     

损伤导致的节理岩体渗流模型

岩体内部含有大量节理裂隙,当岩体受到扰动后,这些节理裂隙将张开、扩展并贯通,形成渗流通道,这使得岩体渗透性发生急剧变化。为了描述这种由节理裂隙扩展导致的岩体渗流场发生的变化,将这些节理裂隙看作岩体内部损伤,假设渗透张量与损伤张量主轴重合。在渗透张量主空间内,认为岩体在一个主方向上的渗透系数决定于其它两个主方向上的损伤,建立了相应的损伤与渗透系数之间的关系。在外部荷载作用下,损伤将发生演化,从而导致渗透系数也发生演化。为了描述这种渗透系数演化过程,采用已有的损伤演化方程,通过渗透系数与损伤之间的定量关系,来刻划岩体扰动过程中渗透系数的变化规律。通过与已有数据对比分析,本文所发展的损伤导致的岩体渗流模型是合理的,能有效地反映节理裂隙发育对岩体渗透性的影响。     

大变形条件下材料本构关系研究

推导了轴向均匀大变形等截面杆的Lagrangian-Green应变张量和Eulerian应变张量以及分别与它们能量共轭的第二类Piola-Kirchhoff应力张量和Cauchy应力张量的表达式,给出了这2对能量共轭的应力应变张量的本构关系式。计算结果表明:当工程应变较小时,可以直接用常值弹性模量代替真实弹性模量进行计算;当工程应变较大时,必须对常值弹性模量进行修正。     

基于多尺度广义自洽模型对耐火材料损伤过程的模拟

基于材料在受拉和受压状态下损伤机理不同的假设,在恒温条件下,以细观力学以及多尺度广义自洽模型为手段,分别对耐火材料在两种受载状态下的损伤过程进行了研究,提出了一种模拟耐火材料在承受拉压载荷下非线性损伤行为的方法.以镁碳质耐火材料为例,分别对材料在受到拉力和受到压力过程的损伤进行了模拟.结果表明,运用此方法对耐火材料的非线性力学行为进行模拟与试验结果能够较好的吻合.     

混凝土徐变损伤演变方程及其在非线性徐变理论中的应用

本文运用连续介质损伤力学的基本方法分析混凝土在高应力下的非线性徐变,根据混凝土徐变过程中内部微裂缝的细观分析,建立了徐变损伤演变方程,同时得到弹性徐变耦合损伤后的非线性徐变本构方程,用所得到的方程分析了在低于长期强度的应力作用下的长期徐变和应力水平高于长期强度时的徐变破坏,计算的结果和一维非线性徐变实验数据符合得较好。     

解奇异非线性方程组的修正张量法

本文提出解奇异非线性方程组（解点的雅可比矩阵奇异）的修正张量法．修正张量法的主要思想是利用雅可比矩阵的差来构造低秩张量模型,并近似成线性模型来求解．这个修正张量法保持了解奇异问题的超线性收敛性,其计算效果也被部分数值试验结果所证实．