基于双弹簧双活塞本构模型的聚合物密封材料黏弹特性表征

提出一种新型的双弹簧、双活塞黏弹性本构模型来表征聚合物密封材料黏弹特性,并推导相应的蠕变方程和应力松驰方程。以聚四氟乙烯和聚醚型聚氨酯,在CETR UMT-2型试验机及LKDM-2000轮廓摩擦磨损仪上考察其蠕变、松驰特性,并与本构模型计算结果进行比较。该本构模型计算得到的聚四氟乙烯和聚醚型聚氨酯的蠕变、松驰特性与实验结果基本一致,表明该本构模型能较好地反映这2种聚合物材料的黏弹性质。     

基于VUMAT的固体推进剂材料本构模型二次开发

目前通用的大型商业软件都仅提供线性黏弹性本构模型,无法胜任固体推进剂材料的大变形分析。基于Abaqus提供的用户材料子程序接口VUMAT(vectorized user defined material subroutine),选用适应性强的Swanson非线性黏弹性本构模型进行二次开发。本构模型采用Fortran语言编写,可在Abaqus增量求解过程中作为子程序调用。通过标准犬骨单轴拉伸算例,验证子程序的有效性。所开发子程序考虑几何和材料双重非线性,能应用于大型固体火箭发动机药柱结构完整性分析,弥补Abaqus仅含线性黏弹性本构模型的不足。详述材料子程序开发流程,可为用户扩充Abaqus的材料模型提供参考。     

电场活化聚合物黏弹性及应用特点研究

电场活化聚合物是一种具有黏弹性力学行为和超弹性力学行为双重特性的高分子聚合物材料,通过电场聚合物黏弹性特性研究,构建黏弹性响应模型,并根据试验数据研究薄膜材料蠕变和松弛特性,估算出电场活化聚合物黏弹性特征时间常数,为该类器件性能研究提供一定的理论基础。     

多层回转体预紧结构层间转动试验

为研究含黏弹性材料多层回转体结构在轴向振动作用下的层间转动特性,设计了多层回转体试验件,进行了黏弹性材料压缩力学性能研究,建立了考虑黏弹性材料非线性力学特性的结构动力学模型。基于模态试验考察了不同预紧力条件下结构的模态变化规律,在此基础上开展了随机振动环境下试验件层间转动特性试验,获得了确定的层间转动现象,并研究了不同振动量级及预紧力对层间转动的影响。基于随机振动试验获得了含黏弹性材料回转体预紧结构层间转动与否的预紧力、振动量级分界线。相关试验结果可为工程设计提供支持。     

聚合物注塑内应力数值计算的黏弹性模型

在聚合物黏弹性理论和注塑蠕变实验的基础上,结合注塑成形的工艺特点,构建了注塑制品内应力计算的四元件串联力学模型,推导了相应的本构方程,提出了聚合物材料参数弹性模量和黏壶黏度系数的计算公式。为了验证模型的可靠性,利用该模型对聚合物平板注塑制件的内应力进行了模拟计算并与相关文献的实验结果进行比较。计算结果表明：模型对注塑内应力发展的表征可以用固体高聚物的结构和力学性能的相关研究进行解释,结果真实可靠。     

热塑性聚氨酯复合纤维布料拉伸过程的超弹性和黏弹性本构模型

通过拉伸试验,分别考虑涂层的影响以及拉伸时间、拉伸速度、黏弹性应力与反作用力对初始应力的影响,建立了改进后的热塑性聚氨酯复合纤维布料及其单股纤维束的超弹性本构模型和黏弹性本构模型,预测了拉伸过程的应力-应变和应力松弛曲线,并与试验结果进行对比.结果表明:建立的超弹性本构模型能较准确地预测布料及其单股纤维束的应力-应变曲线,相对误差不超过3.5％;黏弹性本构模型能较准确地预测布料的应力松弛曲线,相对误差不超过3.21％.     

自由膜式空气弹簧非线性有限元分析

对一种自由膜式空气弹簧进行非线性有限元分析,建立自由膜式空气弹簧非线性柔性体有限元动力学模型,研究其各项力学性能。橡胶气囊采用分层壳单元耦合建立,内外层橡胶采用一次多项式Mooney-Rivlin橡胶材料本构模型,内置帘线层采用帘线织布材料本构模型。利用AIRBAG模型模拟橡胶气囊气固耦合,对建立起的有限元模型进行力学仿真计算,数值计算结果对比试验表明模型精度较高。对其进行力学分析,得出橡胶气囊初始气压对空气弹簧影响较大,刚度值随气压增大呈非线性增长;帘线层层数对垂向刚度影响较小,横向刚度影响较大;辅助弹簧对空气弹簧垂向及横向刚度影响较大。所得结果为进一步进行整车动态分析及空气弹簧设计研究提供理论以及数据基础。     

考虑热力耦合的橡胶减振器阻尼特性

针对橡胶减振器在热力耦合减振过程中的温度和阻尼特性的变化进行分析,引入大应变黏弹性本构模型描述橡胶材料的非线性变形和黏弹性行为。对橡胶材料进行静态试验拟合得到超弹性本构模型系数,进行动态机械分析获得材料的储能模量时程曲线和损耗因子时程曲线并拟合得到Prony级数系数。假设生热率为非弹性变形产生的能量,对模型施加边界条件和热对流边界,基于热力耦合理论对有限元模型进行分析。结果显示:模型中心温度最高,并由中心向边缘逐渐降低;不同频率下的表面温度与试验值较为接近。由于非弹性效应橡胶减振器结构动刚度和损耗因子均有损失。初始耗散能随频率增大而明显增大,随温度升高缓慢减小;最终耗散能对频率和温度变化不敏感,趋于稳定。     

海洋非粘结柔性管道骨架层刚度有限元分析

非粘结柔性管道由于具有较好的柔性,比传统的单层钢管更加适应恶劣的海洋环境,已广泛应用于深海和超深海区域的油气开采。其中,管道的不锈钢骨架层结构复杂,以往的简化模型不能较好地反映其力学性能。为此,考虑骨架层互锁和摩擦等因素,建立了三维有限元模型,分析了骨架层在材料弹性范围内各种载荷作用下的变形。结果表明:管道骨架层的拉压刚度、弯曲刚度均随着载荷的增大保持基本不变,且压缩刚度明显大于拉伸刚度;顺时针扭转刚度略大于逆时针扭转刚度,均随扭矩的增加而增大;骨架层径向位移与外压近似为线性关系;此外还研究了骨架层关键结构尺寸对局部应力分布的影响,为骨架层结构优化提供了有限元分析手段。     

形状记忆聚合物记忆过程热力学性能分析

考虑蠕变残余应变的温度相关性,假设形状记忆聚合物为各向同性材料,将一维热力学本构方程扩展到三维。基于该增量形式的本构,在有限元软件ABAQUS中开发了适用于模拟形状记忆聚合物形状记忆过程的材料接口子程序,对形状记忆聚合物记忆过程进行有限元模拟。分析了加载速率和变温速率对形状记忆聚合物的热力学性能和记忆性能的影响,数值模拟的结果与实验吻合良好。     

异种钢焊接接头蠕变过程的有限元模拟

异种钢焊接接头常应用于高温下工作的大型构件,其蠕变特性和持久性能对结构的安全性具有重要意义。常规的蠕变试验和高温持久试验仅适用于均匀材料,对非均匀的异种钢接头存在局限性。为了解决该问题,针对某种构件上采用的含有过渡层的马氏体钢与珠光体钢异种金属接头进行了有限元建模。分别利用K-R蠕变损伤模型和改进的θ Projection模型进行模拟计算,并且对比了非均匀结构与均匀的焊缝、过渡层和母材的蠕变特性。对比发现,非均匀结构中抗蠕变性能较弱的过渡层部分的蠕变速率要大于均匀的过渡层材料的蠕变速率,这说明材料的不均匀性会带来附加的蠕变损伤。因此,仅通过均匀材料的蠕变试验来预测非均匀结构的寿命是不可靠的,应采用蠕变试验与有限元计算相结合的方法进行非均匀结构的寿命预测。     

基于损伤力学的Cr25Ni35Nb炉管材料蠕变损伤有限元分析

基于修正的Kachanov—Rabotnov本构方程,编制了用于计算管单元的用户子程序,并且与ABAQUS有限元分析软件耦合。通过拟合不同温度和不同应力下的Cr25Ni35Nb钢炉管材料蠕变试验数据,得到了蠕变损伤力学本构方程中的材料参数,对炉管运行10万h后的蠕变损伤进行数值模拟,得到了整体损伤分布与最大损伤部位。     

Densification of mixed metal powder at high temperature

Densification behaviors of mixed metal powder under high temperature were investigated. Experimental data of mixed copper and tool steel powder with various volume fractions of Cu powder were obtained under hot isostatic pressing and hot pressing. By mixing the creep potentials of McMeeking and co-workers and of Abouaf and co-workers originally for pure powder, the mixed creep potentials with various volume fractions of Cu powder were employed in the constitutive models. The constitutive equations were implemented into a finite element program (ABAQUS) to compare with experimental data for densification of mixed powder under hot isostatic pressing and hot pressing. Finite element calculations by using the creep potentials of Abouaf and co-workers agreed reasonably well with experimental data, however, those by the model of McMeeking and co-workers underestimate experimental data as observed in the case of pure metal powders.     

基于有限元法层板包扎尿塔弹塑性数值模拟研究

在弹塑性分析单元本构关系的基础上对尿素合成塔有限元模型进行了弹塑性分析,开发了弹塑性数值模拟的通用程序并对结果进行了分析.结果表明,内衬层、盲板层及内筒之间间隙对应的深环焊缝焊趾部位首先发生局部屈服.     

SiCp_A356复合材料制动盘应力场数值模拟与热疲劳寿命预测

以新型颗粒增强铝基复合材料(Sicp_A356)制动盘为研究对象,在试验研究SiCp_A356复合材料常、高温力学本构关系和低周疲劳寿命曲线的基础上,系统地对制动过程中SiCp_A356复合材料制动盘的瞬态温度场、应力应变场以及热疲劳寿命预测方法进行研究.运用热弹塑性有限元分析模型,进行制动盘的多线性随动强化热弹塑性应力应变场数值模拟,结合制动盘载荷特点给出制动盘的疲劳-蠕变损伤分析和寿命预测模型,为高速客车轻型制动盘的结构设计和工程应用提供了参考.     

基于ALE方法的AZ31B镁合金微铣削有限元仿真

基于任意拉格朗日—欧拉(ALE)法,以AZ31B镁合金为研究对象,采用考虑应变梯度理论修正的Johnson-Cook本构模型作为描述力学性能的材料模型,使用ALE自适应网格技术有效克服仿真过程中网格畸变过大的问题,运用ABAQUS/Explicit对微铣削加工过程进行非线性弹塑性有限元模拟,分析切削过程中的应力应变以及温度分布,探究微细加工过程中的尺度效应和最小切削厚度,为实际加工参数的选择提供参考。     

复合材料结构振动控制方法研究

从压电材料的非线性本构关系出发,应用Hamilton原理推导含有压电材料复合材料结构的变分方程,并证明对于具有二次本构关系的压电材料可以直接由二次本构关系得到其变分方程,推导出含有二次本构关系压电材料的复合材料结构的有限元动力方程,并提出利用压电材料的非线性进行复合材料结构振动控制的一种新方法.     

Correlation between Single Factor Material Constitutive Model Parameters and Temperature for Ti6Al4V Alloy

Accurate material constitutive model is considered highly necessary to perform finite element simulation and analysis.However,it is difficult to establish the material constitutive model because of uncertainty of mathematical relationship and constraint of existing experimental condition.At present,there exists considerable gap between finite element simulation result and actual cutting process.Particular emphases were put on investigating the correlation between "single factor" material constitutive model parameters and temperature for Ti6Al4V alloy,and also establishment of material constitutive model for this kind of material.Theoretical analyses based on dislocation theory and material functional relations showed that material model was deeply affected by variation temperature.By the least squares best fit to the available quasi-static and high-speed impact compression experiment data,material parameters at various temperatures were found.Experimental curves analyses and material parameters comparison showed that the "single factor" material constitutive model parameters were temperature dependent.Using the mathematical mapping between material parameters and temperature,"single factor" material constitutive model of Ti6Al4V alloy was established,which was proven to be right by comparing with experimental measurements.This work makes clear that the "single factor" material constitutive model parameters of Ti6Al4V alloy are temperature dependent.At the same time,an accurate material constitutive model is established,which helps to optimize cutting process and control machining distortion for Ti6Al4V alloy aerospace parts.     

聚合物注塑内应力计算的蠕变模型

从聚合物粘弹性理论出发,构建了注塑制品内应力计算的蠕变模型。结合蠕变试验结果,分析聚合物注塑粘弹性行为的非线性响应,并提出在应力、温度作用下聚合物弹性模量和粘度的计算公式。在此基础上,利用有限元法对工程塑料ABS(Acrylonitrile butadiene styrene)平板注塑制件脱模前的内应力进行了模拟计算并与相关试验数据及模拟结果进行比较。结果表明该模型计算精度较高,且计算过程简便,为进一步准确预测注塑制件内应力提供了新的途径。     

Creep simulation of adhesively bonded joints using modified generalized time hardening model

Creep behavior of double lap adhesively bonded joints was investigated using experimental tests and numerical analysis. Firstly, uniaxial creep tests were carried out to obtain the creep characteristics and constitutive parameters of the adhesive at different stress and temperature levels. Generalized time hardening model was used to predict the creep behavior of the adhesive. This model was modified to simulate the creep behavior at different stress and temperature levels. Secondly, the developed model was used to simulate the creep behavior of bonded joints using finite element based numerical analysis. Creep deformations of the joints were measured experimentally and good agreement was observed in comparison with the results obtained using numerical simulation. Afterward, stress redistribution due to the creep along the adhesively bonded joint was obtained numerically. It was observed that temperature level had a significant effect on the stress redistribution along the adhesive thickness.