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.     

多轴非比例加载下循环硬化的数值模拟

本文应用一整合的粘塑性本构模型数值模拟了高温多轴非比例循环应力作用下退火316型不锈钢的循环硬化.文章中具体描述说明了该本构模型方程及其材料参数的构成与物理意义.本构方程的所有材料参数均由简单单轴实验得出,圆形与方型单轴扭转循环应力路径下本构方程的数值模拟结果由实验结果证实了本构模型的可行性,最后该本构模型扩展的可能性亦得到分析与讨论.     

自由梁两端受阶跃载荷时的塑性动力响应完全解

采用刚塑性模型分析自由梁在两端点受到集中阶跃载荷作用时的小变形动力响应,给出了不同载荷组合下梁的变形模式,构造了其动力响应完全解,并讨论了塑性耗散在输入结构的能量中所占的比例.与自由梁单点受强动荷载作用不同,梁的变形模式取决于两端点阶跃载荷的某组合函数的值.结果结果表明:只要存在塑性耗散,耗散的能量就占外载输入能量的1/3.     

燃气轮机叶轮在循环载荷下的弹-粘-塑性有限元法计算

本文提供了使用J.L.CHABOCHE提出的能描述金属循环载荷特性的粘塑性本构方程来计算燃气轮机轮盘的应力场及应变场的有限元法。该方程可计及象非线性硬化、鲍氏效应等复杂现象。而应力场及应变场的计算对寿命预测是很重要的。     

动高压下HMX各向异性单晶及界面的热力学本构模型

由于晶体尺度的力-热耦合效应对炸药复合材料中热点形成的重要性,该文考虑热力学一致性条件,建立了HMX含能单晶动高压的热力学本构模型.利用基于位错动力学的晶体塑性理论,描述含能单晶晶内沿特殊取向择优的塑性行为;并将状态方程引入本构模型描述高压下的非线性弹性.对HMX单晶及两不同取向晶粒/界面的结构,进行一维平面应变冲击加载响应的数值模拟.界面效应采用了内聚力界面本构描述.预测得到的单晶试样粒子速率与文献中实验结果吻合很好,并分析了晶体取向、界面性能、两晶粒相对取向对能量耗散分配及对温度分布的影响.     

循环应变下多晶铜非Massing现象的模拟

对多轴应力状态下的循环本构模型进行修正,在引入加载历史参数演化方程来刻画材料非比例特性的塑性模型基础上,通过在背应力演化方程中加入额外非线性项,以实现对金属材料非Massing现象的描述;利用隐式积分方法推导出新的应力和背应力积分方程以及整体迭代所需的一致切线刚度矩阵,借助有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT,将模型嵌入有限元分析软件中,对具有典型非Massing现象的多晶铜材料进行数值模拟,并将所得模拟结果与实验结果加以比较.结果表明,两者较吻合.     

结构本构关系

创立下列几个新的本构关系：弹塑性应变理论、热弹塑性应变理论，弹粘塑性应变理论，热弹粘塑性应变理论。这些本构关系避开了屈服曲面、加载曲面、强化准则及流动法则，避免了经典本构关系带来的巨大困难及缺陷，突破了传统的经典本构关系。     

廻转梁受强动载荷作用的刚-塑性动力响应

核电站及化学工厂中的一些管道结构不可避免地会受到强动载荷的作用,本文基于理想刚塑性模型,分析了在跨度中点受刚性质量块横向撞击作用的甩动管理论模型,即一端铰支,一端自由的廻转梁的塑性动力行为。给出了描述廻转梁早期响应历程的完全解,详细讨论了质量比等有关参数对结构变形和塑性能量耗散的影响以及初始输入能量的分配。研究结果表明,质量比参数对梁结构的动力行为有重要的影响;在能量耗散方面,输入的能量并不全部转化为塑性耗散能,至少有一部分输入能量要转化为动能。     

刚性线型夹杂顶端的非局部应力场及破环准则

本文通过引入小范围非局部假设,将求解刚性线型夹杂顶端渐近应力变形场的问题化成了一个位移边值问题,从而直接利用经典的位移场得到了非局部的位移场.通过非局部本构关系获得了刚性线型夹杂顶端的有界的渐近应力场.利用最大剪应力准则给出了夹杂面上材料发生脱离的临界条件.结果表明材料的破坏仍由经典的应力强度因子及 J 积分控制.     

颗粒振动及耗能特性研究的弹塑性接触建模方法

提出一种颗粒弹塑性接触的通用建模方法来研究颗粒系统的振动及耗能特性.构造颗粒法向塑性接触本构方程基本形式,并采用有限元法(FEM)获得无量纲本构关系;提出颗粒弹塑性细观接触加-卸载多路径模型,给出了颗粒塑性接触能量耗散的计算公式.采用离散单元法(DEM)对简谐激励下颗粒系统的振动和耗能特性进行了数值仿真分析.结果表明,颗粒使系统产生非线性振动,颗粒介质在系统进入共振区的前后均呈现出类似混沌的复杂非线性运动状态.颗粒间的法向塑性接触没有改变颗粒阻尼效应的主要耗能方式,但对颗粒动态接触行为及颗粒系统动力学特性产生重要影响.     

基于能量耗散的应力引起的土体各向异性模型

从热力学定律出发,介绍了土体受力变形过程中能量耗散函数的合理表达形式,据此导出耗散应力空间中的屈服函数及流动法则.分析迁移应力,确定了真实应力空间中的屈服函数,并采用旋转硬化规律考虑应力引起的土体各向异性.这种模型以自由能函数和耗散函数为基础进行整体构造,自动满足热力学第二定律,不需要引入其他假定.提出了利用弹塑性本构模型计算三轴试验曲线的方法.采用遗传优化算法拟合了某土料三轴排水剪切试验结果,确定了模型参数.用得到的模型参数计算绘出其他固结应力下三轴排水剪切曲线,并与实测曲线比较,验证了模型的有效性.     

考虑残余变形影响的混凝土疲劳损伤本构模型

从分析混凝土材料的基本损伤机制出发,考虑疲劳荷载作用下混凝土的损伤累积和残余变形,推导了由Helmholtz自由能表示的混凝土本构方程,根据变分原理建立了基于能量的混凝土疲劳损伤本构模型.并根据疲劳过程中残余变形的发展规律,定义了物理意义明确的残余变形影响因子,并将其与混凝土变形模量损伤因子一同融入混凝土疲劳损伤本构模型中,为混凝土疲劳行为的计算机分析提供了一种更为精确、简化的混凝土疲劳本构模型.试验数据和数值算例的对比误差不超过3%,从而验证了该模型的准确性与适用性.     

基于修正塑性功函数的砂土硬软化本构模型

基于与应力路径无关的修正塑性功函数,提出了一个新的可以考虑砂土变形强度应力路径效应的弹塑性硬化-软化本构模型.模型所采用的与应力路径不相关的修正塑性硬化函数是基于砂土多应力路径平面应变压缩试验结果、经过数学拟合而得到的.文中建议的本构模型属于等向硬化-软化、考虑非关联流动的弹塑性模型.有限元计算结果与室内试验结果比较表明,该模型不仅可以较好地模拟砂土变形强度的应力路径效应,同时也可以模拟砂土变形强度的应力水平依存性、强度的固有结构性各向异性、初始空隙比依存性,以及砂土伴随剪切破坏的软化效应.     

减振器活塞杆高频感应淬火的有限元分析

通过理论分析建立了活塞杆高频感应淬火的计算模型，并用有限元法进行了电磁场、热场与残余应力场的耦合计算．由于活塞杆表面淬火采用的是移动式高频感应淬火，计算模型中采用了移动坐标系来处理热场的分布；残余应力场的求解考虑了相变组织的体积效应，通过弹塑性场本构方程来求解．对感应淬火处理的活塞杆进行了沿深度方向的显微硬度试验和残余应力测试，温度与残余应力的计算结果与测试结果相吻合．     

塑性力学流动理论的相似非耦联变分原理

引入了流动理论的相似非耦联方程的概念，建立了流动理论的相似非耦联差动原理，基于该差动原理，建立了塑性力学流动理论的相似非耦联势能原理和余能原理及修正相似非耦联能和余能原理，这些变分原理是在相似非耦联的模型体和原型体之间实现学场量转换的理论依据，也是金属成形过程和光塑性力学模拟研究的理论基础。     

塑性力学变形理论的相似非耦联变分原理和广义变分原理

引入了相似非耦联方程的概念，应用加权余量法建立了塑性力学变形理论的相似非耦联势能原理和余能原理．应用拉氏乘子法于该势能原理和余能原理，建立了广义相似非耦联势能原理和余能原理．并应用该余能原理于相似非耦联的三角形桁架的计算．     

岩体结构面三维循环加载本构关系

研究岩体结构面在循环加载条件下的三维力学性质。通过对二维数值模型合理推广,建立三维本构模型。法向加卸载本构为逐步硬化的双曲线函数。切向模型基于加载为双曲线函数、卸载为线性函数的本构方程建立,并引入剪切方向角描述三维切向接触特性。考虑峰值剪切现象,以切向塑性功为主要参数,建立峰值摩擦角和剪胀角的磨损方程。以初始剪胀角和残余剪胀角为主要参数建立剪胀方程。数值计算结果与试验曲线的对比表明,该模型体现了各向异性结构面的非线性受力变形特性、表面磨损和不均匀剪胀行为,能较好模拟三维循环加载本构关系。     

Fe-6.5％Si钢中温变形过程本构方程

利用Gleeble 3500开展了Fe-6.5%Si(质量分数)钢在变形温度300,400,500,600℃及应变速率为0.05,0.5,5s^-1条件下的单道次压缩实验.在初始均匀塑性变形阶段,加工硬化作用使流动应力迅速增加,随着变形继续动态软化机制启动,流动应力增加量减弱.随着温度升高和应变速率降低,应变硬化指数减小.提出了通过变形温度、应变速率描述应变硬化指数的方法构建Fe-6.5%Si钢中温变形过程本构方程.构建的本构方程对不同变形条件的应力预测结果和实测值吻合良好,平均相对误差约为5.35%,预测精度较高.     

基于广义热力学改进的超固结黏土本构模型

统一硬化模型假设体积塑性功一半耗散,一半储存。如果定义同一回弹线与等向压缩线和临界状态线交点对应的有效体积应力比值为间隔应力比,则统一硬化模型间隔应力比为2,但不同土的间隔应力比并不总是为2。基于广义热力学理论,引入间隔应力比对塑性功的耗散和储存进行重新分配,提出了一个基于统一硬化参数改进的超固结土本构模型,并通过与饱和藤森黏土三轴压缩和拉伸试验进行对比,验证了模型的有效性。     

一种非共轴应变硬化本构模型数值应用及离心机试验验证

在土体的剪切变形过程中,当主应力方向产生旋转时,主应变增量方向与主应力方向之间存在显著的非共轴现象.同时,机动摩擦角、膨胀角随着累积塑性偏应变的增长而增加,土体具有应变硬化的特点.传统的弹塑性本构模型不能够反映上述现象对地基承载力特性的影响.为了能够对地基承载力问题进行合理的分析,建立了一种非共轴应变硬化模型,并将该模型运用到有限元计算中.通过与三轴试验和离心机模型试验结果进行对比,对该模型在数值应用中的合理性进行了验证.研究结果表明,该模型能够对不同围压下的应力-应变关系进行预测.对浅基础承载力问题进行研究时,非共轴应变硬化模型的计算结果比传统弹塑性本构模型更加接近于离心机试验结果,验证了该模型的数值应用合理性.