二维多晶体材料微结构的力学响应计算

为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上.利用已开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维多晶体材料微结构模型,采用C程序设计和Python脚本语言混合编程的方法,开发出用于材料微结构有限元网格划分与细观应力响应计算的软件AutoRVE,这对评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效"行为具有指导意义.     

三维复合材料微结构的力学响应分析

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现三维复合材料微结构的细观应力响应计算.     

多晶体材料微结构的仿真与取向分布函数计算

为解决多晶体材料结构的可视化,设计Voronoi增量式外存算法,开发了多晶体材料微结构的“海量”级仿真技术,获得了数值化的晶粒几何信息数据。利用OpenGL图形接口,实现了一般多晶体及表层晶粒细化多晶体材料微结构的可视化仿真,并在此基础上采用Bunge符号的级数展开法模型,计算了各个晶粒的取向分布函数（ODF）,实现了取向分布函数值在取向空间内与实际晶体取向分布的一一对应;开发了软件ProDesign,为三维多晶体材料微结构的力学响应计算提供了基础性仿真工具,为识别“材料结构弱点”、评估微裂纹（群）的启裂及扩展、推演“微结构虚拟失效”行为搭建了支撑性平台。     

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算.     

基于DEFORM三维多晶体材料微结构的有限元分析

利用本课题组自主开发的计算机软件AutoRVE，实现三维多晶体材料微结构的几何建模，网格划分，并将生成的Input的文件通过脚本语言Python的编译，实现在DEFORM中建立三维多晶体微结构的具体材料模型，并进行挤压过程热力耦合仿真分析，演示出了三维多晶体材料微结构的温度场及等效应力、等效应变分布结果。     

多晶体晶粒尺度三维组织建模及可视化

采用基于Monte Carlo Potts模型的仿真技术对单相多晶体各向同性晶粒组织进行了三维建模,利用OpenGL图形接口,在所建多晶体组织模型数据结构的基础上进而实现了三维可视化和任意角度观测,结果表明,所建几何图像模型可以很好地仿真预定细观组织结构参数的三维多晶体组织,不但满足模型化研究所要求的统计意义上的准确性,而且非常符合实际材料显微组织的多变性特征,可望用作细观尺度多晶材料加工过程数值模拟和细观力学计算的基本组织模型。     

晶体学取向对多晶体材料微结构力学行为的影响

现代材料设计和制备,对材料性能的要求愈来愈高,对寿命估测准确程度的要求也日益严格。基于材料细观尺度层次的性能预测并以此控制材抖的宏观性能,是解决这一问题的一个有效途径。利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维多晶体材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于多晶体材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,自主开发软件AutoORI对其生成的INP文件进行一系列修改实现晶体学取向的自动替换从而预测其晶体学取向对其微结构力学行为的影响。     

沿板平面材料组分变异功能梯度板件分析

发展了一种细观分析和宏观计算相结合的计算方法——细观元法．细观元法是使功能梯度构件宏观响应和材料组分的几何、物理、构造参数直接发生关联的分析方法，实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过度分析．细观元方法相比一般有限元法不增加结点自由度，却使得功能梯度板件内任意方向细观结构变化得到反映．目前功能梯度板件分析只能处理材料特性沿厚度方向梯度变化，而运用此方法则直接从制备时给定的材料组分分布出发计算构件宏观响应，并给出了沿板平面方向材料特性梯度变化功能梯度板件的力学量三维分布形态．     

ABAQUS前处理程序二次开发在多晶体材料微结构建模中的应用

虚拟失效分析是联系材料的性能设计与材料微结构失效行为预测的有效方法。文章使用ABAQUS脚本语言开发了一系列程序,用于建立多晶体材料微结构的几何模型和有限元计算网格,解决了包含大量晶粒、几何模型很复杂的多晶体材料微结构建模时的繁琐重复的问题。为材料微结构虚拟失效分析奠定了坚实的基础。     

微裂纹(群)在材料微结构内扩展的计算机模拟

在"材料结构弱点"概念及其特性理论的指导下,开发出具有自主知识产权的计算机模拟软件PreFailure.该软件针对实际工程材料,模拟单个微裂纹或一系列微裂纹(群)在材料微结构内的虚拟扩展过程,能够预测微裂纹(群)在材料微结构内的不规则扩展路径、几何形态与扩展程度,具备了定量推演材料"微结构虚拟失效"行为的功能.软件PreFailure的开发还为三维微裂纹(群)扩展的计算机模拟积累了大量的有效算法与经验,为采用计算机技术模拟三维微裂纹在材料微结构内的扩展过程奠定了基础.     

Mechanical analysis of functionally graded plates based on the input data of metallographic diagrams

A microelement method for scale-span analysis of material microstructure and member macro response has been proposed. Instead of material parameter input for traditional mechanical analysis, the method is based on the input of metallographic diagram information. In order to express the material microstructure, this method arranges concentrated microelements in ordinary finite element before calculation, and transfers the node degrees of freedom of each microelement into the ones of the same finite element via compatibility conditions. This method can realize direct transition analysis from material microstructure to macro responses of members, while computation elements and degrees of freedom are equal to those of ordinary FEM. Based on the complicated microstructure diagrams proposed by material metallographic diagram, the mechanics responses of functionally graded plates are calculated and 3-D distributions of macro-mechanical variables and identical stress lines tendency on microstructure are given.     

单层落地椭球壳约束屈曲支撑的减震性能

利用有限元分析软件ANSYS进行参数化编程建模,对带有屈曲约束支撑的单层落地椭球网壳的减震性能进行分析.假设屈曲约束支撑杆件为理想弹塑性,在三维El-Centro波和Taft波作用下对结构进行动力响应分析.计算结果表明,屈曲约束支撑构件对网壳结构关键点的位移和杆件内力响应明显减小.对不同的屈曲约束支撑布置方案进行对比分析,得出屈曲约束支撑布置的主要原则.     

均匀化方法中等效弹性模量的计算

提出了基于均匀化理论的确定具有微结构的分布材料结构的有效弹性模量的方法,对具有小孔隙的材料在空洞中没有外力的条件下建立了控制方程,用摄动法推导出等效弹性模量计算公式,并用有限元法给出了算例。     

人体脊柱腰椎节段三维有限元建模

为了探讨人体脊柱腰椎节段三维重建方法,利用逆向工程软件Mimics（Materialise＇s Interactive MedicalImage Control System）,结合CT断层扫描图像,重建人体脊柱腰椎节段三维几何模型。经ANSYS转化建立脊柱腰椎L1-3的理想三维有限元模型,在Mimics中对所建立的有限元模型赋材质,实现了非均匀材质的骨组织赋值问题。该腰椎节段三维有限元模型高度模拟腰椎结构与材料的特性,具有结构完整、空间结构的测量准确度高、单元划分精细、重点突出等优点。本模型可进行任意旋转观察,可任意切割,并可通过调整模型几何及材料参数,施加不同的载荷与边界条件以模拟不同实验状态并能够以不同的文件格式输出,可用于计算机辅助设计、快速成型、有限元分析等领域。     

钨极氩弧焊温度场三维动态模拟及红外测温

焊件温度场快速加热和冷却过程中的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件,文中建立了电弧运动下的三维焊接温度场的动态有限元计算模型,利用有限元分析软件Ansys编制了APD I程序,针对铝合金钨极氩弧焊焊接动态过程进行了模拟仿真.采用双椭圆热源模型进行计算,分析中考虑了材料热物理性能随温度的变化,以及辐射、对流、相变对温度场的影响.采用红外测温仪SAT-HY6800对焊接过程进行测温,加装滤光镜排除电弧辐射对红外测温的影响,实现了对焊缝区域温度的采集.将测量温度与计算结果进行了比较,两者基本吻合.     

基于RecurDyn的斗轮取料机铲斗工作过程仿真

根据离散单元法将物料简化成为三维圆形颗粒模型,运用多体动力学软件RecurDyn对斗轮取料机铲斗在三维圆形物料模型下的工作过程进行模拟仿真,分析在工作过程中铲斗的动态应力应变,确定铲斗的危险点及此时的相关数据,获得平均单位切割阻力数据.结果表明,仿真与经验数据相符,可为今后斗轮取料机铲斗的设计提供参考.     

面向对象的三维对流扩散问题有限元程序设计

根据三维对流扩散问题的有限元分析,采用面向对象的程序设计语言C ,建立向量类、矩阵类、单元类、结点类、材料类和有限元方法类等,实现三维对流扩散问题的有限元分析程序开发,对相关的对流扩散问题进行数值模拟.结果表明与用结构化语言开发的传统有限元程序相比,程序更易重用、维护、扩充,并且可以融入用C 编制的大型通用有限元科学和工程计算软件.     

核电站结构地震动态响应并行计算研究

为了分析核电站复杂结构地震动态响应,以MPI作为基本并行编程环境,在LINUX操作系统下,开发了核电站结构地震动态响应的并行有限元计算程序。该程序采用黏弹性边界模拟外行波向远域地基的辐射,方程的求解采用时域显式解法,能够模拟包含各类静动荷载以及温度、接触等因素作用下的结构响应。经算例验证,该程序正确可靠。利用该程序对某核电站取水口建筑物进行了动态响应分析,并与ANSYS软件的分析进行比较,所花费时间从单机串行程序的20h40min减少到并行程序下的2h15min。结果证明,该并行程序具有较高的并行度以及良好的并行效率。