基于试验与模拟的修正GTN模型参数反求分析

设计6种不同应力三轴度的试样,进行拉伸试验并得到不同工况下的载荷-位移曲线.运用Voce+Voce流动应力模型外推拉伸试验数据得到材料的力学性能曲线.运用有限元软件ABAQUS/Explicit模块及用户子程序VUMAT将Nahshon提出的含剪切修正项的GTN(Gurson-Tvergaard-Needlemen)模型应用到有限元模拟中,研究各组试样的损伤演化和断裂过程.为使GTN模型更准确地应用到不同应力状态下,假定损伤参数εn为关于应力三轴度η的指数函数.运用反求法分析不同缺口半径的拉伸试验,确定GTN模型中面向高应力三轴度情况的损伤参数,同时结合数值模拟与剪切试验的对比确定剪切系数Kw.结果表明,确定的修正GTN模型参数可以应用到较宽的应力三轴度范围包括纯剪状态.     

基于应变路径和分布效应的应力三轴度确定方法

对于延性损伤破坏材料,为了确定缺口试件在拉伸试验中的应力三轴度,建立应力三轴度相关的材料失效破坏函数关系,基于缺口试件在整个拉伸过程中的应变路径和应力三轴度在最小横截面上的分布效应,结合数值模拟,对现有的缺口试件应力三轴度确定方法进行了比较研究,给出了缺口试件更为合理的应力三轴度确定方法。     

焊接力学性能不均匀性对材料延性断裂影响的研究

采用缺口拉伸试样，研究了高匹配焊接接头的力学性能不均匀性对焊缝及母材金属的断裂应变、断裂时的应力三轴性及临界空穴扩张比的影响。研究结果表明：焊接力学不均匀性，对材料的延性断裂行为有强烈的影响。对于母材金属，离焊缝愈近，其断裂应变愈大，而断裂时的应力三轴性愈小。临界空穴扩张比增大。     

T2纯铜平板剪切试样的大变形破坏试验研究

用纯铜平板剪切试样进行破坏试验,对试样的断口倾角、韧带截面和断裂截面的应力三轴度、Lode参数进行了计算分析,并通过实测给出破坏区域的断裂应变估计,从而给出平板剪切试样剪切断裂应变与光滑试样拉伸断裂应变的比较,两者近似相等。该结果证实Rice-Tracey指数函数公式与实测断裂应变规律不符,从而说明Rice-Tracey指数函数公式在应用过程中存在局限性。     

铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.     

力学失配2A12铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能分析

对2A12-T4与2A12-O铝合金搅拌摩擦焊接头试样进行拉伸试验,研究不同强度匹配条件下搅拌摩擦焊焊接接头的拉伸性能。针对接头组织非均质导致的变形不均匀问题,采用数字图像相关技术(DIC)与等应力假设相结合进行分析,定量得到了接头各区域的应力应变响应。结果表明焊接接头的应变分布存在显著差异,且断裂位置与组织非均匀性有关,2A12-T4应变集中发生在热机影响区与热影响区并断裂于热机影响区附近,2A12-O母材区出现应变集中并最终断裂。使用ABAQUS模拟接头试样拉伸过程中的变形行为,对比发现数值模拟结果与试验结果吻合度良好。     

陶瓷板和多孔渗透膜对非饱和土三轴试验的影响及其数值模拟

通过陶瓷板和多孔渗透膜两种轴平移技术的非饱和三轴试验，获得了吸力一定时真砂土（完全风化的花岗岩）的应力应变曲线及排水变形特征，并利用有限单元法对三轴试验进行数值模拟。试验结果表明，使用多孔渗透膜时试样的饱和度大于使用陶瓷板时的饱和度，且试样在剪切过程中排水量更小。数值计算得到的试样的应力应变曲线与三轴试验获得的基本一致。剪切过程中，试样内部的吸力和饱和度呈现不均匀分布，与陶瓷板相比，多孔渗透膜可以更好地控制剪切过程中试样的吸力。数值模拟结果表明，非饱和土三轴试验是一个边界值问题而非土体的单元力学行为。     

纯铝试样厚度与缺口深度对拉伸破坏的影响

对含缺口矩形截面纯铝试样进行拉伸破坏试验,通过改变试样厚度和缺口深度研究应力三维度对试样破坏的影响;采用有限元方法对试样的拉伸破坏进行了模拟分析.试验和模拟分析表明:断裂应变随试样厚度的增大而增大,而缺口深度增大时断裂应变却减小,因此,以往应力三维度增高导致断裂应变下降的观点不一定正确.     

2A97铝锂合金的Johnson-Cook本构模型及失效参数

在爆炸及高速碰撞的有限元模拟中,往往涉及到材料的大变形、断裂过程.文中选取2A97铝锂合金材料,针对Johnson-Cook(J-C)失效模型,对获取相应失效参数的方法进行了研究;设计了不同缺口尺寸的试样,结合有限元模拟对缺口试样的应变分布和应力三轴度进行了研究,发现缺口试样的最大应变集中于缺口表面处,得到了缺口表面处应力三轴度在加载过程中的变化情况.基于此结果,文中还制作了细散斑,并通过二维数字图像相关(DIC)测量方法得到了常温至573 K下准静态及动态加载试样的失效应变,从而准确地将修正应力三轴度、应变率和温度与失效应变对应起来,获取了更为准确的J-C失效模型参数;通过对铝锂合金断口使用SEM扫描电镜进行微观观察,探究了应力三轴度影响铝锂合金失效应变的微观机理,发现材料在变形过程中产生的微孔洞随应力三轴度的增大而不再大量聚集形成韧窝.     

基于钢材单轴拉伸试验的微观断裂模型预测规律分析

基于钢材单轴拉伸试验,提出了关于拉伸试验数据和真实应力-应变曲线的修正方法.开发了VGM模型和SMCS模型的USDFLD用户子程序,用于微观断裂模型的有限元模拟,分析了应力三轴度对等截面和非等截面构件微观断裂模型预测结果的影响.结果 表明,进行等截面构件的本构曲线拟合时应同时考虑颈缩点真实应力和断裂点真实应力的修正.受应力三轴度的影响,在等截面拉伸条件下SMCS模型预测的断裂位移普遍小于VGM模型.非等截面拉伸条件下应力三轴度的变化趋势多样,SMCS模型预测两板相交构件的断裂变形量远大于VGM模型,前者为后者的3.10倍.当拉伸构件存在多个断裂危险点时,VGM模型与SMCS模型的启裂点出现于不同位置处,建议以VGM模型预测位置为准.     

铝型材防撞梁的碰撞断裂失效表征

作为汽车轻量化的重要材料,铝合金的脆性断裂问题不可忽视。该文以某汽车铝型材防撞梁为研究对象,开展了铝合金静态和动态拉伸、静态剪切、静态缺口、静态拉剪以及穿孔等力学性能试验,获取了铝合金材料在不同应变率下拉伸应力状态的力学特性,以及准静态拉压剪等不同应力状态下的力学属性数据,使用Swift-Hockett-Sherby本构描述铝合金材料应变硬化特性,基于LS-DYNA有限元法模拟对标拉压剪等不同应力状态试验,获得不同应力状态试验的失效单元的应力三轴度和Lode角信息,标定了铝合金材料的修正的Mohr-Coulomb(MMC)断裂准则。通过铝型材动态三点弯结构试验和模拟,验证了MMC断裂模型对于表征铝合金材料在不同应力状态下断裂失效的有效性。     

堆石体在真三轴应力状态下的非共轴性与剪胀特性

基于连续-离散耦合分析方法,发展随机颗粒不连续变形分析方法。采用不规则多面体模拟实际堆石颗粒,制备初始各向同性的堆石料数值试样,进行等平均静水压力p、等中主应力系数b应力路径的真三轴数值试验。分析堆石料在真三轴应力状态下的剪胀特性,以及应变增量与应力增量的非共轴性。研究结果表明:刚开始加载时,应变增量与应力增量共轴,随着加载的进行,应变增量的方向发生偏转,偏转量与中主应力系数b有关,在三轴压缩应力路径(b=0)和三轴拉伸应力路径(b=1)时,几乎不发生偏转;对比Rowe,Roscoe,改进的Roscoe以及Lagioia剪胀模型,改进的Roscoe剪胀模型预测的剪胀曲线与数值试验结果较吻合,在改进的Roscoe剪胀模型上引入1个角隅函数,以反映中主应力对剪胀特性的影响。     

应力状态在2024-T351 Taylor杆断裂行为数值预报中的作用

近期研究表明,部分金属材料的延性断裂与应力三轴度及Lode参数同时相关.将近期文献中提出的包含Lode参数影响的断裂准则（MMC）写入有限元程序ABAQUS,用于2024-T351 Taylor杆断裂行为的数值预报.为揭示应力状态的影响,同时还采用仅考虑应力三轴度影响的两个断裂准则（JC和BW）进行有限元计算.将计算结果与试验进行了对比.对比表明,仅用轴对称圆棒试样单向拉伸试验数据标定的JC准则过高估计了材料在其他应力状态下的延性,低估了Taylor杆的断裂行为;BW准则预报了弹体头部中心断裂而与试验不符;MMC断裂准则可预报出合理的裂纹形式.     

三轴应力场中空穴扩张临界值与材料的微观断裂延性

选用一种球化碳钢的轴对称光滑和不同缺口拉伸试样研究了材料在三轴应力场中的宏、微观断裂延性。基于不同应力三轴性水平下空穴扩张与聚合的特性,给出了一个新的材料微观断裂延性表达式。结合空穴扩张的临界尺寸与断口韧窝几何的三维测量结果,证明了在不同的三轴应力水平下,材料微观断裂延性与实测宏观断裂延性之间均有着良好的一致性。从而揭示了材料断裂延性随应力三轴性水平升高而下降的微观机理。     

Q235软钢在修正应力下断裂应变新模型

为准确确定Q235-B级钢在三轴应力下的断裂应变,进行五组共计10个具有不同凹陷半径试件的拉伸试验.在试验的基础上,对试件建立有限元分析模型,并进行详细的弹塑性大变形分析,给出试件中三轴应力的变化,并导出与三轴应力相关的真实塑性应变.得到Q235-B级钢的两个与真实断裂应变相关的塑性失效准则.     

铝合金宏观断裂准则

为研究铝合金抗断设防，借鉴金属静水应力型屈服概念，给出了铝合金广义屈服椭球面的新诠释．基于三向等拉伸应力状态下铝合金屈服和断裂的重合性假设，导出了铝合金在三轴应力空间的椭球面断裂准则及参数量化方法，并给出了铝合金抗断设防图及广义屈服椭球面的物理解释．该断裂准则使铝合金在三轴应力空间的屈服和断裂两种破坏模式得到了统一，具有物理概念清晰、形式简单、便于工程应用的特点．铝合金开孔板断裂试验的数值模拟结果显示，该断裂准则具有较高的精度．     

冷锻模具材料高速基体钢应变控制室温疲劳性能

对冷锻模具材料高速基体钢进行了室温下的单轴静态拉伸试验和应变控制单轴对称拉压低周疲劳试验,获得了静态拉伸力学性能和低周疲劳性能参数.通过对试验数据进行拟合,得到了高速基体钢材料在室温下静态单调拉伸应力-应变关系、循环应力-应变关系以及循环应变-寿命曲线.试验结果表明,该模具材料在本试验控制的循环应变幅范围内发生了循环软化,疲劳断裂之前未观察到明显的应力饱和现象.以控制应变幅为1.5%的试样为例,对材料的低周疲劳行为特性进行了分析.材料的循环应力响应分为明显软化,软化效应减弱和瞬时断裂3个阶段.     

基于颗粒流离散元的粘性土三轴剪切试验数值模拟

为了研究粘性土体的工程力学性质,本文通过对粘性试样进行室内三轴固结排水试验,得到了试样土体的应力—应变关系曲线以及强度指标,基于颗粒流离散元法的原理,利用PFC3D软件建立三轴试样模型,并设定颗粒间的接触为接触黏结模型,通过颗粒流数值试验对细观参数进行标定,从细观角度对粘性土的工程力学特性做了一定的研究。对比了不同围压下数值试验与室内试验的应力应变关系曲线,得到了较好的模拟效果。分析细观参数的变化对粘性土的应力—应变关系曲线的影响,得出边界条件、孔隙率、粘结强度、摩擦系数、接触刚度等细观参数的取值对粘性土的宏观力学性质有着显著的影响并对影响规律做了探讨,为今后的三轴试验颗粒流数值模拟提供了有价值的参考。     

基于颗粒流离散元的黏性土三轴剪切试验数值模拟

通过对黏性试样进行室内三轴固结排水试验,研究黏性土体的工程力学性质,得到了试样土体的应力-应变关系曲线以及强度指标,基于颗粒流离散元法的原理,利用PFC3D软件建立三轴试样模型,并设定颗粒间的接触为接触黏结模型,通过颗粒流数值试验对细观参数进行标定,从细观角度对黏性土的工程力学特性做了一定的研究。对比了不同围压下数值试验与室内试验的应力-应变关系曲线,得到了较好的模拟效果。分析细观参数的变化对黏性土的应力-应变关系曲线的影响,得出边界条件、孔隙率、黏结强度、摩擦系数、接触刚度等细观参数的取值对黏性土的宏观力学性质有着显著的影响并对影响规律做了探讨,为今后的三轴试验颗粒流数值模拟提供了有价值的参考。     

探析砂岩在轴对称条件下的分叉

不同应力状态下岩石材料的失稳断裂破坏一直是岩石力学与工程研究的重点。本文在对岩石进行平面应变、常规三轴基础上,采用非线性分叉理论对岩石在断裂失稳过程中的局部化分叉进行了研究。根据许多岩石工程处于平面应变状态的实际情况,自行研制了岩石平面应变仪,进行岩石平面应变实验,并将平面应变实验结果和常规三轴实验结果进行比较;为研究岩石材料弹性模量的应力敏感性,进行不同围压和不同应力水平下岩石的加卸荷循环实验;根据岩石的平面应变和常规三轴实验结果．建立不同应力状态下岩石非关联弹塑性本构模型,应用变形分又理论的声张量法推导了不同应力状态下的分叉条件。