溶胀聚合物网弹性力学性能的研究

本文从交联-缠结网和炭黑填充硫化胶的大形变弹性分子理论出发,推导出溶胀条件下聚合物网的四种应力-应变关系式(单向拉伸,等轴和不等轴双向拉伸和纯剪切).成功地将溶胀交联网弹性状态方程同高聚物的体积分数V_2用三个分子参数C_1~′,C_2~′,和C_3~′联系起来,并对单向拉伸的应力-应变关系式进行了实验验证,较好地解释了V_2同C_1~′,C_2~′同C_3~′的依赖关系,表明缠结对模量的贡献只能达到一个非零的极限值.结果证明,溶胀后聚合物网大形变弹性分子理论能很好地预测溶胀聚合物网大形变的弹性力学行为,并为用溶胀法定量测定交联度提供理论依据.     

热塑型聚氨酯弹性体(TPUE)应力松弛过程的研究

文中以加速应力松弛法研究了热塑型聚氨酯弹性体(TPUE)的应力松弛过程,将从TPUE大形变弹性分子理论推导出的单向拉伸应力-应变关系,结合三种承受应力链的键数随时间衰减的动力学方程,建立了应力松弛过程的定量表达式,并以高温和大形变量实验数据对理论进行了验证.以二元回归法求得分子参数α,k,k_3,并进而求得松弛活化能△E_3.     

热塑型聚氨酯弹性体的极限断裂强发动力学模型理论

本文提出了一种等速拉伸下聚氨酯极限断裂强度动力学模型理论,它从聚氨酯大形变弹性理论出发,将单向拉伸应力-应变关系同应力集中链的断链动力学方程相结合,推导出了应力集中链的断链动力学方程,积分和化简后得到了极限断裂强度同断裂伸长,链结构参数和测试条件(温度和拉伸速率)间的定量关系式。在实验上又分别考虑了W_k,_(ns)、T和k_λ~·等对极限断裂力学性能的影响。并以大量实验数据对理论进行了验证,得到理论同实验较好地一致。成功地把聚氨酯网络结构同极限断裂力学性能联系起来,为预测聚氨酯极限断裂力学性能和建立它们的破裂包络线提供了理论基础。     

高分子熔体和浓溶液流变性能的研究──（I）具有Nagai缠结链限制作用下高分子熔体的非线性粘弹性分子理论

根据多重缠结模型和多重蠕动机理．用统计力学和动力学相结合的方法．建立了具有缠结限制作用的非线性粘弹性分子理论，计算了处于多重缠结态高分子链的构象统计．得到了高聚物熔体的粘弹性形变自由能，推导出了４种简单形变方式下的应力－应变关系、高分子流体的回忆函数、简单剪切流下的物料函数．推出了一种测定参数η０，ｎ’和ａ的新方法．从理论和实验上证实了非线性粘弹性理论的时间效应和形变影响是相互独立的．并以聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯熔体的大量流变性能实验数据加以验证．结果证明，该理论能较好地预测高聚物熔体的非线性和线性粘弹性力学行为．     

基于超弹性模型的牙周膜生物力学响应

牙周膜应力-应变关系表现为指数形式,为了更准确地研究牙周膜的生物力学响应,提出采用指数形式的超弹性应变能函数进行研究.基于连续介质力学理论推导出超弹性模型本构关系,使用人体牙周膜单轴拉伸实验数据并利用最小二乘法对超弹性模型进行参数拟合,同时进行拟合误差分析.结果显示较少参数的Mooney-Rivlin指数模型能更好地拟合实验数据.利用ABAQUS材料子程序UHYPER编制模型的接口程序,通过对拉伸实验情况的模拟计算,验证了开发的模型子程序的有效性.最后,比较分析了正畸力下的超弹性与线弹性牙周膜的生物力学响应.结果表明:应力和应变主要集中在牙周膜牙颈和根尖处,且超弹性牙周膜中部存在局部应力集中;Mooney-Rivlin指数模型能提高牙周膜瞬时弹性响应的预测精度.     

静水压荷载下功能梯度圆环的弹性屈曲

管道屈曲问题中,结构通常被考虑为平面应力圆环,但若存在轴向位移约束,其状态更接近平面应变圆环的状态.文中从理论上研究静水压作用下平面应力和平面应变功能梯度材料圆环的弹性屈曲问题.假定材料沿厚度方向弹性物性按照幂律分布连续变化,结合一阶剪切变形理论和Kárman几何关系,应用虚位移原理,导出结构的基本平衡方程;采用本征值方法得到了屈曲控制方程和结构屈曲临界荷载的解析解.通过算例比较了平面应力和平面应变状态下结构理论屈曲性能,同时考察了结构径厚比和材料组分参数的影响.结果表明:平面应变功能梯度材料圆环屈曲临界荷载略高于平面应力的结果;当材料组分参数介于0.1至10区间内时,两种圆环的屈曲临界荷载均下降得较为明显.     

工程橡胶元件弹性特征参数的确定方法

对橡胶材料进行大形变单轴拉伸、单轴压缩和平面拉伸试验,基于非线性弹性理论拟合得出超弹性模型参数,一方面通过数值计算完整定义材料的初始剪切模量、杨氏模量、体积压缩模量、表征压缩模量,另一方面通过仿真分析准确预测大形变范围的非线性特征以及弹性体压缩变形应力-应变关系对试件尺寸和试验边界条件的依赖性.而后,基于线弹性理论进行小形变单轴拉伸和压缩试验,并计算线性模量.分析结果表明,线性理论仅适用于拉伸和剪切小形变弹性体,而对于发生大形变或以压缩为主的复杂形变弹性体而言,大形变试验结合非线性理论和仿真分析是获取有效弹性特征参数的最佳手段.     

橡胶类材料大应变硬化的本构关系

橡胶材料具有良好的弹性性能和拉伸能力,为典型的超弹性材料．其在大应变时常呈现出应力一应变的增强或软化效应,本构关系较复杂．目前,有关橡胶材料大应变硬化的本构关系实验研究尚属匮乏．文中对橡胶类材料大应变时的硬化现象进行了实验和理论研究,提出了一种新的应变能函数来描述橡胶材料的本构关系,测定了橡胶材料硬化时的本构参数,并进行了实验验证．研究结果表明该应变能函数可较好地描述橡胶材料在大应变时的硬化现象,为进一步研究橡胶材料硬化的本构特性提供了参考依据．     

基于均匀化理论的针织物拉伸形变有限元模拟

针对针织物形变规律问题,以纬平针织物为研究对象,通过均匀化理论建立宏细观线弹性数学模型,确定针织物的周期性边界条件及载荷边界条件,采用数值模拟方法对织物等效弹性刚度求解,并结合有限元方法计算两种纬平针织物在双向拉伸下的应力应变响应值。与试验数据相比,当织物拉伸的应变小于5%时,基于均匀化理论的方法可准确模拟形变的应力应变关系,而当应变超过15%时,该模拟方法存在一定误差,但误差均可控制在9.7%之内。     

聚合物网的网络结构同力学性能间相关性的研究——自由连接链的交联—缠结网大形变弹性分子理论

提出了由不等长尺寸A_(ci)交联链组和不等长尺寸A_(cj)缠结链组所构成的非均一性交联—缠结网结构模型和交联—缠结网大形变机理以及相应的交联—缠结网大形变弹性分子理论。基于微观结构模型和单个链符合高斯分布函数的假定,从所得到的两种链组末端距机率分布函数和大形变机理出发,用统计力学方法计算了交联网、缠结网和交联—缠结网的弹性形变自由能,得到了交联—缠结网的弹性储能密度函数一般表达式和近似表达式。它们分别给在式(24)和(24—1)。     

自由变形结构弹塑性分析的新方法

考虑目前塑性力学实验与理论上存在的众多分歧,从材料弹塑性变形的本质入手,研究受力构件应力分布与变形间的关系.对于一个受力结构,其内应力引起应变,受力较小时应力仅引起弹性应变,εij=Gijklσkl.受力较大后,应力的作用不仅产生弹性应变,也产生塑性应变,εij=εije+εijp.在小变形、弹性变形与塑性变形不耦合情况下,结构中的应力与弹性应变仍呈线性关系而与不受塑性变形的影响.按照以上思想对梁、轴受力结构进行了弹塑性分析,得出在弹塑性下梁、轴内应力呈线性分布,卸载后结构内有残余的塑性变形,而无残余应力.新认识比原有认识更符合结构弹塑性变形实际情况,并具有普遍意义.     

高分子熔体和浓溶液流变性能的研究：（Ⅰ）具有Na…

根据多重缠结模型和多重蠕动机理，用统计力学和动力学相结合的方法，建立了具有缠结限制作用的非线性粘弹性分子理论，计算了处于多重缠结态高分子链的构象统计，得到了高聚物熔体的粘弹性形变自由能，推导出４种简单形变方式下的应力－应变关系，高分子流体的回忆函数，简单剪切流下的物料函数。     

基于扰动状态理论的大理岩三轴受压响应描述

应用扰动状态理论准确拟合大理岩常规三轴受压实验全过程应力应变关系曲线.实验在RMT150B岩石力学实验系统下完成,得到明显的软化段曲线.在弹性模量和扰动因子材料参数的表达式中显含围压,可以模拟材料在不同埋深情况下的响应.扰动因子的取值与本构模型无关.从压密点开始描述应力应变关系,压密点提供理论曲线的初始值.扰动状态理论的平均化思想允许把软化问题作为硬化问题处理,得到连续的包括软化段的全过程曲线,且保持在应力空间中解决应力应变关系描述问题.理论曲线与实验曲线对比体现了扰动状态理论对岩石应力应变关系的有效拟合.     

柔性路面应力应变的研究

本文介绍了自制的几种路面力学参数的量测仪具和路面试槽静动载实验装置及其测试技术。进行了单园和双园承载板及汽车双轮胎的静载和慢速动载下的路面应力应变的实验工作,并与弹性层状体系理论精确解和有限元法电子计算机计算结果作了对比分析,探讨了有关土基应力和路面应变随荷载和路面结构参数变化的基本规律,为制订我国柔性路面设计新规范提供科学依据。     

1215钢动态应力-应变行为

系统研究了1215钢的热变形行为,分析了应变、应变速度和温度对钢的流变应力的影响规律.通过热模拟实验,研究分析了不同的应变速率和应变温度条件下1215钢的应力-应变曲线.以实验数据为基础,以Johnson-Cook本构模型为依据,讨论了拟合分析Johnson-Cook方程参数的方法.通过实验数据的拟合分析,得到了表达1215钢流变应力随应变、应变速度和形变温度的数学方程,为研究1215钢的动态应力-应变行为提供了基础.研究工作表明,理论计算与实验数据得到了较好的吻合.     

水泥乳化沥青砂浆弹性极限的试验研究

采用万能材料试验机对不同配合比的水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)进行了应力-应变压缩试验,定义了其弹性极限的取值方法,并建立了CA砂浆弹性极限与配合比参数的数学关系.结果表明:将应力-应变曲线由线性向非线性转变时的应力与峰值应力的比值,定义为CA砂浆的弹性极限,弹性极限越大,材料的刚度越高;沥灰比(A/C)与水灰比(W/C)对CA砂浆微观结构的影响不同,弹性极限随A/C的变化程度大于随W/C的变化程度;依据弹性极限与峰值应力的转换关系及基于配合比参数的峰值应力计算公式,建立了CA砂浆弹性极限与配合比参数的数学关系.     

低碳、Ti-V复合微合金化钢的流变应力模型

通过单道次压缩实验,研究了一种低碳、Ti-V复合微合金化钢在温度为1 173~1 373 K及应变速率为0.1~10 s-1条件下的奥氏体应力-应变行为;基于Akben等对溶质阻碍动态再结晶的量化研究工作,获得了本实验钢的近似的形变激活能Qdef及Zener-Hollomon参数;采用Jonas等的分析方法,计算得到回复参数r和r’、屈服应力σ0、饱和流变应力σsat和动态再结晶临界应力σc与Z参数的关系;获得了动态再结晶动力学,并最终建立流变应力数学模型.     

煤岩体吸附膨胀变形与吸附热力学的参数关系

采用吸附容量法测试了不同煤样对CO2,CH4,N2的吸附性能参数,基于所提出的孔隙介质截面吸附润湿长度概念和孔隙结构模型、表面物理化学及弹性力学原理,导出了吸附膨胀应力和应变理论计算公式,并讨论了吸附常数、温度、气体压力、煤岩体比表面积、气体分子吸附截面积等参数对它们的影响·这些公式比现有的公式应用范围广,能方便计算不同约束条件下的吸附膨胀应变和应力·研究还表明煤岩体比表面积和气体吸附分子截面积越大,气体吸附量、煤岩体的吸附膨胀应力及应变越大·     

拉伸应力作用下共轭高分子的能带结构研究

基于改进的SSH模型和弹性力学理论,研究了聚乙炔在单轴拉伸应力形变下的能带结构随应力大小的变化规律.计算结果表明:能带宽度和能隙随拉伸应力的增大而变窄,而能带宽度变化幅度要快于能隙的变化幅度.     

循环荷载作用下沥青混合料的黏弹塑性损伤本构模型

为较好描述损伤状态下沥青混合料的黏弹塑性应力-应变关系、明确动态循环荷载对其损伤本构关系的影响,利用经典黏弹塑性流变理论,在Burgers黏弹性模型上串联一个黏塑性元件,并根据损伤力学应变等效原理,建立了一个能体现动态循环荷载作用特点及能考虑加载频率影响的沥青混合料黏弹塑性损伤本构模型.同时进行间接拉伸疲劳试验,研究加载频率、环境温度、应力水平、沥青用量及沥青种类对混合料应力-应变关系的影响,并标定模型参数、验证模型的有效性.结果表明:所建模型不仅能较好描述沥青混合料在动态循环荷载作用下的损伤本构关系,还能体现加载频率、环境温度及荷载水平等因素对应力-应变关系的影响;模型参数意义明确、规律性强,值得进一步研究和推广.