韧性材料的细观力学实验和数值模拟研究

引入能够定量描述内界面的细观统计参量-形状因子,定义了基于内界面形状因子的损伤变量,建立了相应的细观力学模型,探索细观组织演化和材料宏观响应关系的力学问题。通过宏细观相结和的方法,对韧性金属材料的内界面进行实验研究和数值计算。通过对比试验和数值计算结果,认为可以用形状因子能够反映材料细观组织的演化情况,用损伤变量能够表征材料的损伤程度。并得到了内界面演化随应变发展的演化方程。对于发展和应用宏-细观相结合的损伤力学理论,对阐明韧性材料的变形、损伤、破坏机制有重要意义。     

高脆性材料亚临界裂纹扩展机制的细观力学分析

本文从细观力学角度研究了高脆性材料亚临界裂纹扩展机制。根据线弹性断裂力学理论和量子力学理论的近似计算，从理论上求得了经验的亚临界裂纹解理扩展速率公式。理论计算与陶瓷材料的实验结果符合得很好。     

基于Mori-Tanaka方法的炭纤维水泥砂浆力学性能研究

运用Eshelby等效夹杂原理和Mori-Tanaka方法,从细观力学的角度研究炭纤维水泥砂浆复合材料(CFRM)的力学性能,推导出CFRM力学参数表达式。根据CFRM中炭纤维和水泥砂浆的弹性模量和泊松比,分别计算得到炭纤维体积分数为0.3%、0.6%、0.9%时CFRM的力学性能参数值。同时通过实验测得不同炭纤维配比条件下的CFRM力学性能参数值。理论计算与实测的结果对比表明,Mori-Tanaka方法适用于炭纤维含量较低的CFRM复合材料力学性能研究,当炭纤维含量增大时,炭纤维在水泥砂浆中的分布不均匀导致计算结果与实测结果的误差增大。     

土石混合体原位试验的颗粒流数值模拟分析

基于颗粒流理论和PFC程序,解决了不规则碎石(clump)的生成、恒定法向荷载施加、剪切面的含石量等问题后,建立了土石混合体原位试验的颗粒流数值模型,对不同含石量、法向应力下土石混合体的直剪试验进行模拟,并与原位直剪试验的结果进行比较.结果表明：随着含石量增加,剪切应力及其峰值增大,剪切应力峰值对应的剪切位移减小;在低法向应力条件下,土石混合体表现为剪胀;在高法向应力下,土石混合体表现为先剪缩而后剪胀,并呈现出压剪破坏特征;剪切面附近分布的不规则碎石在剪切过程中出现挤压滑动与滚动,使得剪切破坏面出现凹凸,而且剪应力、法向位移、应变能随剪切位移增加而出现波动和平缓段;数值试验所得剪切应力峰值略高于其试验值,减小模型颗粒半径,可以有效降低计算的剪切应力峰值.     

应用细观力学与扩展有限元法数值模拟钻柱损伤

钻井过程中,钻柱承受着拉扭等多种交变载荷的作用,其损伤机理一直是力学界深入研究的课题.笔者首先根据细观力学分析的基本原理,采用Abaqus软件的脚本语言Python建立细观尺度下晶粒分布模型,然后采用断裂力学算法——扩展有限元法对含有微裂纹的细观尺度下晶粒模型进行计算,分析裂纹的动态扩展过程以及相应的应力应变分布特征,最后根据细观力学中“均匀化”方法对不同时刻的应力应变进行处理,得到微裂纹扩展对钻杆材料宏观性能的影响.在宏观尺度下处于弹性阶段的钻杆材料,在细观尺度下仍会出现塑性区,且在微裂纹不扩展的情况下,弹性模量是恒定的.文章提出的思路为深入探索钻柱材料断裂机理提供了新的方法.     

蜂窝密封抑制叶尖密封激振的研究

针对叶片疲劳断裂问题,研究了蜂窝密封抑制叶尖密封气流激振的性能。将叶尖密封分别采用光滑密封和蜂窝密封,测量不同密封间隙下的叶片振幅。采用烟线法显示了叶尖密封尾流场,同时绘制了流场的速度分布图。实验结果表明用蜂窝密封替代光滑密封能够减小叶片振幅,且振幅随密封间隙的增大而减小。与光滑密封相比,蜂窝密封最佳可减小无冠叶片1/4的振幅、带冠叶片1/3的振幅。对蜂窝密封抑制叶片振动的机理进行分析,蜂窝密封能够降低密封腔内流体速度、耗散流体能量,从而流体对叶片的激振力减弱,叶片振动得到有效抑制。     

金属基复合材料弹塑性拉伸变形特征的细观力学研究(英)

基于作者发展的广义自洽有限元迭代平均化方法,利用增强相的平均应力集中因子对外荷载的敏感性,将光滑的金属基复合材料的弹塑性应力－应变曲线划分为多个特征变形区域,为完整地定义金属基复合材料的弹塑性变形提供了有效的手段．     

大晶粒多晶铝试样细观变形测量

用面内云纹和影像云纹相结合的方法，测量了高纯铝多晶大晶粒试样的细观变形场。观察记录了晶界滑错，晶粒刚体转动，三晶交点处变形场和应变场。由于晶界滑错在晶界两侧存在高剪应变差，晶粒内塑性变形由均匀到非均匀布，多晶体出现不稳定的塑性流动，直至破裂。     

广义连续统场论在中国的进展(续篇)

对1998年以来,我国学者在广义连续统场论领域所取得的重要进展进行了简略的综述.分别论述了细观力学、应变梯度理论、极性连续统力学、非局部连续统力学及基本定律和原理在理论和应用方面的研究成果.     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.