热加工材料动态再结晶介观组织模拟模型的研究进展

通过计算机模拟技术可以有效模拟金属材料热变形过程中动态再结晶组织的演化过程, 从而达到预测材料性能的目的。介绍了目前材料动态再结晶过程介观组织模拟的两种模型--元胞自动机(cellular automaton, CA)模型和蒙特卡洛(monte carlo, MC)模型的模拟技术及其研究进展, 重点分析了现有动态再结晶介观组织MC模型存在的问题并且提出了解决思路。     

元胞自动机模拟及其在金属材料设计中的应用

元胞自动机模拟方法由于其结构简单,易于并行运算而在工程领域有着广泛的应用。本文介绍了元胞自动机的产生和发展,以及其划分,基本原理,模型建立的步骤。综述了元胞自动机方法在材料设计中的应用,包括再结晶方面和相变方面。     

城市交通系统动力学特性研究——带信号灯控制的一维元胞自动机模型研究

元胞自动机的交通流模型以简单的规则反映交通过程中实际存在的各种复杂因素,并能在计算机上方便实现,从而可以演示这些因素对城市交通系统动态特性的影响。本文系统阐述了元胞自动机在交通流上的应用,以元胞自动机理论为基础,把车辆在路段上运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则,建立了基于元胞自动机理论的交通流模拟的NS模型,并利用Matlab语言实现了带信号灯控制的一维元胞自动机模型的仿真。     

元胞自动机与计算机模拟

元胞自动机是时间和空间都离散、物理参量只取有限数值集的物理系统的理想化模型,在该系统中每个元胞都具有其内在状态,并由有限数量的信息位组成。近年来,元胞自动机模型应用于各个领域,特别在计算机模拟中取得了较大进展。本文将从介绍元胞自动机理论入手,探讨元胞自动机技术应用于计算机模拟。     

元胞自动机与计算机模拟

元胞自动机是时间和空间都离散、物理参量只取有限数值集的物理系统的理想化模型，在该系统中每个元胞都具有其内在状态，并由有限数量的信息位组成：近年来，元胞自动机模型应用于各个领域，特别在计算机模拟中取得了较大进展。本文将从介绍元胞自动机理论入手，探讨元胞自动机技术应用于计算机模拟。     

沉淀法制备催化剂介尺度过程CA模型与数值模拟

研究针对沉淀法制备Fe基催化剂过程中一次粒子到二次粒子介尺度行为,建立了元胞自动机(Cellular automaton,CA)模型并进行了数值模拟。针对介尺度过程,结合扩展DLVO理论(EDLVO),将范德华作用力、静电作用力和界面极性相互作用力的影响加以量化,并加入到元胞自动机的转移规则中,从而建立了沉淀法制备Fe基催化剂过程中纳米粒子聚集行为的元胞自动机模型。利用Java编程进行模拟,模拟结果与实验结果相近,表明CA模型有效。该研究可为催化剂制备中催化剂的结构(比表面积、孔结构)和表面晶体结构等性质研究提供理论指导。     

弯道动力学模型及能耗的研究

基于元胞自动机Nagel-Schreckenberg交通流模型(简称NaSch模型),提出了元胞自动机弯道模型和含弯道交通流的能耗公式,对弯道交通流的能耗进行研究.通过计算机数值模拟,研究了具有不同曲率半径、不同弧长和不同摩擦系数的弯道对能耗的影响.模拟结果显示,弯道曲率半径、弧长、摩擦系数对交通流能耗的影响都很大.     

考虑多种随机行为的车辆行驶变虚坡模型

对车辆的行驶行为进行计算机仿真已有较多的研究,给出了许多有用的模型,其中最具代表性的模型是元胞自动机模型。元胞自动机模型在反映车辆行驶的行为特征上有其局限性。为此,在车辆虚坡模型的基础上,引入了多种随机因素,其中车辆的虚坡包含一个附加宽度,此附加宽度受上述多种随机因素影响而变化。仿真结果表明,有关主要趋势与实际趋势一致。     

基于MATLAB的骨支架转变成骨组织的仿真

把计算机技术运用于骨移植材料转变为骨组织的复杂行为研究中,采用元胞自动机方法建立仿真的计算模型,以MATLAB为开发工具,实现了模型的并行仿真并再现了仿真的动态过程,为计算机辅助骨组织工程提供了新的研究方法和工具.     

一种用于微观组织模拟的三维元胞自动机模型

元胞自动机是复杂体系的一种理想化模型,特别适合于处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题,如材料微观组织的演变模拟．它非常适合于计算机模拟实施．利用C 计算机语言,运用OpenGL网形函数库建立了一种三维元胞自动机模型．该模型具备了经典元胞自动机的基本特征,因此可以根据需要进行扩展．由于运用了0penGL的实时3D技术使得模拟结果更加逼真,并可以从多角度进行观察．文中运用该模型进行了简化的枝晶生长模拟,并与二维的模拟结果进行比较,验证了该模拟的正确性．     

大理岩三点弯曲梁弹塑性损伤破坏研究

在应变空间内,推导出弹塑性损伤增量本构方程,通过自编程序实现该本构方程,同时将此程序实现了并行算法;建立了三点弯曲梁二维及三维细观尺度数值试样,分别进行相应地弹塑性损伤破坏数值模拟,作了相应的对比分析,在数值模拟中,提出破坏单元网格消去法,模拟裂纹扩展。研究发现:数值试验同物理试验较吻合,且与理论分析是一致的;由于三维试样细观单元的非线性比二维在空间上更为离散,由三维细观单元弹塑性损伤非线性反映宏观试样的非线性,更能深入地研究细观破坏机理;提出的破坏单元网格消去法为有限元清晰模拟裂纹开辟了新的途径;并行算法程序的实现为应用于大型三维水利水电工程奠定了基础。     

混凝土断裂问题研究的层次方法

把对混凝土断裂问题的研究分为宏观、细观、微观和纳观 4个层次 ,综述了不同层次的研究方法及适用对象 .最后指出 :混凝土细观层次的研究已成为 2 1世纪混凝土断裂问题研究的热门课题 ,并由此诞生了跨混凝土材料科学、计算力学和计算机图形学的新兴学科———混凝土计算材料科学     

基于直剪试验的堆积碎石类材料细观参数标定方法及模拟验证

颗粒材料三维离散元数值模拟的可靠性取决于细观参数的合理标定,目前对细观模拟参数的标定方法还缺少系统性的研究。本文通过室内直剪试验和数模试验对比分析,揭示碎石颗粒材料宏观力学参数与颗粒间细观参数的相关性,提出碎石颗粒材料数值模拟细观参数的标定方法,并验证标定方法的合理性。研究结果表明：在线性模型中,碎石颗粒试样的宏观弹性常数与碎石的粒间法向接触刚度呈正相关,而对粒间切向接触刚度的变化不敏感,基于此提出的粒间接触刚度（法向、切向）标定方法;直剪数值试验的剪应力-剪位移曲线计算结果与室内试验值吻合度较高,结果验证了标定方法的可靠性及合理性;在直接剪切过程中,碎石颗粒内部力链网络随着剪位移的增加逐渐由垂直方向向剪切盒对角线方向偏转,随着颗粒的整体速度场变化而出现剪缩和剪胀现象;采用本文提出的细观参数标定方法对室内滑坡运动试验开展数值模拟,数值模拟滑坡碎石堆积形态与室内试验基本一致,验证了该方法在堆积碎石滑坡模拟分析中的适用性。     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

层布式钢纤维混凝土疲劳强度计算机模拟

用有限元方法，对一种全新的路面结构材料层布式钢纤维混凝土进行了疲劳强度计算机仿真模拟，并将模块计算结果与疲劳试验数据进行了对比分析，二者吻合较好，从而为层布式钢纤维混凝土疲劳强度研究提供了有效便捷的手段。     

非均匀颗粒自然堆积过程的计算机仿真

通过对非均匀颗粒的自然堆积过程进行计算机仿真,获得了散体的分形特性,为散体的物性研究提供了较详细的几何结构信息。拟议了自然堆积过程的计算机仿真实现方法,确定了随机堆积形成的散作的分形维数,仿真结果与己有数据相比较,表明了该方法的可行性。     

混凝土双轴压缩强度尺寸效应机理

为了研究混凝土双轴强度尺寸效应产生的机理,考虑混凝土尺寸效应及其宏观力学非线性源于其材料组成的非均质性,结合混凝土细观结构形式,从细观角度将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了尺寸分别为150 mm×150 mm、300 mm×300 mm和600 mm×600 mm的数值混凝土试件.首先通过对150 mm×150 mm方形混凝土试件进行单轴压缩力学特性模拟,采用反演法确定了界面过渡区的力学参数,进而对双轴压缩加载下混凝土的破坏行为及其尺寸效应进行了分析.研究结果表明:1)损伤破坏形式随试件尺寸发生变化,试件最终破坏消耗的断裂能不同是导致混凝土双轴压缩强度产生尺寸效应的主要原因;2)混凝土单、双轴压缩强度均存在明显的尺寸效应行为,并且Bazant尺寸效应律能够较好地描述混凝土在单、双轴压缩加载下的强度尺寸效应.     

Micromechanical analysis of damage evolution in splitting test of asphalt mixtures

A methodology was presented relating the microstructure of asphalt mixtures to their damage behavior. Digital image techniques were used to capture the asphalt mixture microstructure, and the finite element method was used to simulate the damage evolution of asphalt mixture through splitting test. Aggregates were modeled to be linearly elastic, and the mastics were modeled to be plastically damaged. The splitting test simulation results show that the material heterogeneity, the properties of aggregates and air voids have significant effects on the damage evolution approach. The damage behavior of asphalt mixture considering material heterogeneity is quite different from that of the conventional hypothesis of homogeneous material. The results indicate that the proposed method can be extended to the numerical analysis for the other micromechanical behaviors of asphalt concrete.     

材料大塑性变形损伤研究

综述了材料大塑性变形损伤的主要研究方法：基于位错的连续介质位错理论和分子动力学方法,基于宏细观损伤变量的损伤力学方法和基于裂纹及考虑损伤的断裂力学方法．评述了各尺度研究方法的研究概况、特点及其适用范围．重点介绍了材料变形过程损伤的模拟方法,以及运用有限元法进行损伤演化数值模拟的经验公式、统计模型和基于宏细观损伤变量的物理模型．