聚碳酸酯挤压形变力学行为有限元模拟

采用有限元方法研究了聚碳酸酯在中应变率下挤压形变的力学行为。基于DSGZ本构模型,开展聚碳酸酯圆柱单轴压缩形变有限元模拟,对比模拟与实验结果,计算模型预测准确度,分析材料压缩形变后的多物理场分布,验证模型对压缩力学响应预测的有效性。模拟聚碳酸酯平板在侧向受限挤压模式下的固态形变,获得了制件的力学演变规律。结果显示,单轴压缩模拟与实验应力-应变曲线吻合度高,DSGZ模型可较为准确地预测压缩弹-塑性形变过程中的应力-应变关系。在圆柱单轴压缩形变与平板挤压形变模拟中,材料整体变形均匀,应力响应温度变化比响应应变率变化更敏感。模拟结果有效地反映了聚碳酸酯挤压形变力学特性,可成为聚碳酸酯挤压形变工程实现的重要依据,为材料强化及其在飞机座舱透明件中的应用提供有力支持。     

基于损伤力学的岩石材料力学行为的有限元模拟

将损伤力学应用于有限元的数值分析中,本文推导了耦合损伤的有限元公式,并应用所编写的有限元程序对岩石的压缩实验曲线进行了模拟。计算结果与实验曲线吻合良好,说明用耦合损伤的有限单元法对岩石材料进行力学分析是可行的。     

无镍不锈钢冠脉支架力学行为的有限元模拟

以无镍不锈钢为支架材料,以冠脉支架结构为研究对象,对其压缩和扩张过程中的力学行为和柔顺性能进行了模拟计算,研究了支架压握并扩张后的轴向回弹率、径向回弹率以及不同端部网丝宽度支架的变形行为,计算出支架的弯矩-挠度曲线及支架的柔软度。结果表明,所研究的无镍不锈钢支架具有较小的轴向与径向回弹率,在变形过程中表现出良好的弹性弯曲变形性能。     

化学强化铝硅酸盐玻璃表面微观力学行为的有限元模拟

采用有限元方法研究化学强化铝硅酸盐玻璃的表面硬度、模量等微观力学行为,并与纳米压痕实验结果进行对照.结果表明,通过有限元计算获得的纳米压痕载荷-位移曲线与实验结果吻合度良好,根据有限元模拟得到的载荷-位移曲线,采用Oliver和Pharr方法计算出的硬度和杨氏模量值与实验得到的硬度和杨氏模量值非常接近.模拟过程中采用了根据Larsson塑性公式计算出的铝硅酸盐玻璃屈服强度与塑性区域的应力应变关系,模拟结果与实验结果吻合度高说明根据Larsson塑性公式获得的铝硅酸盐玻璃塑性参数准确度较高.根据有限元模拟得到的应力分布情况,分析了铝硅酸盐玻璃在化学强化前后的弹塑性变形行为,结果表明化学强化产生的表面压应力层对铝硅酸盐玻璃的弹性区影响较大,对塑性区影响较小.     

多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验

基于水泥基材料多尺度的结构特征及破坏过程,设计了一种由钢纤维、聚乙烯醇（PVA）纤维以及碳酸钙晶须构成的多尺度纤维增强水泥基复合材料（MSFRCC）,研究了其抗压强度、抗弯强度、弯曲韧性、多缝开裂形态以及断裂过程等基本力学性能。结果表明：基体材料的强度和韧性均得到了显著提高;MSFRCC在弯曲荷载作用下表现出了硬化行为和多缝开裂模式。扫描电子显微镜和断裂试验结果证实了多尺度纤维在水泥基复合材料破坏过程中发挥了多尺度阻裂作用。研究认为：通过对纤维进行多尺度组合设计,可以显著改善水泥基复合材料的韧性,廉价的碳酸钙晶须可以适量取代钢纤维和PVA纤维。     

基于随机多尺度力学模型的混凝土力学特性研究

提出一种混凝土材料宏观力学特性分析的新方法--随机多尺度力学模型分析方法.从描述混凝土材料的细观尺度入手,首先采用Monte Carlo法生成由骨料颗粒及砂浆基质组成的混凝土试件的随机骨料模型;然后采用材料特征单元尺度法来剖分有限元网格并投影到建立的随机骨料模型上,各单元网格的力学特性则采用复合材料等效化方法来确定.通...     

大块非晶合金的微尺度力学行为研究评述

大块非晶合金因其优异的力学、机械、物理等性能引起学术界和产业界广泛关注,其学术研究和应用领域内容范围正日益扩大和深入。本文简要介绍了大块非晶材料微尺度力学行为研究中的最新进展,内容包括大块非晶纳米压印过程中的锯齿状流变特性、非晶变形过程中的微观结构转变以及非晶断裂的微观机制及尺度效应。     

模拟北方酸雨对Q235钢腐蚀力学行为的试验研究

为研究北方酸雨对钢管混凝土构件力学性能的影响规律,亟需研究钢管在酸雨腐蚀条件下不同腐蚀程度力学性能的变化规律。为此,参照大连市历年酸雨统计的化学成分,采用人工配制模拟酸雨溶液进行室内加速腐蚀的方法,对Q235钢进行单调拉伸试验。结果表明：酸雨腐蚀后钢材表面易形成腐蚀坑;低腐蚀率(β≤10%)拉伸件的断口主要为正断破坏;高腐蚀率(25%≥β≥15%)拉伸件的断口主要为斜断破坏;模拟酸雨腐蚀后钢材的屈服强度、弹性模量、极限强度和伸长率随着腐蚀率的增加而减少,而泊松比随着腐蚀率的增加而增加。基于试验数据,回归出模拟酸雨腐蚀条件下Q235钢力学性能指标的简化经验公式,结果可为酸雨区钢管混凝土组合结构的设计及结构安全评估提供理论基础和科学依据。     

有机玻璃板材高低温力学行为试验研究

在温度为80～130℃、应变率为0.001～0.01/s的范围内通过WDW万能试验机对PMMA板材进行了恒应变率下的单轴拉伸试验。结果表明,PMMA板材力学行为具有明显的温度和应变率效应,玻璃态时其真应力-真应变曲线存在明显的非线性;玻璃化转变区以上时其真应力-真应变曲线近似呈线性关系。     

有机玻璃板材高低温力学行为试验研究

摘要在温度为80-130℃、应变率为0.001-0．01／s的范围内通过WDW万能试验机对PMMA板材进行了恒应变率下的单轴拉伸试验。结果表明,PMMA板材力学行为具有明显的温度和应变率效应,玻璃态时其真应力一真应变曲线存在明显的非线性;玻璃化转变区以上时其真应力一真应变曲线近似呈线性关系。     

钢丝绳成形力学行为的非线性有限元分析

钢丝绳捻制成形过程属于三维梁大转动弹塑性变形问题.钢丝绳的加工应力不仅影响成形性,而且由其引起的残余应力对钢丝绳结构强度有很大影响.为保证钢丝绳成形模拟计算精度和效率,从而为钢丝绳成形工艺与结构强度的合理设计提供依据,本研究建立了考虑大转动几何非线性和材料非线性的共转坐标系弹塑性有限元计算基本方程,在此基础上编制了钢丝绳成形过程模拟计算程序.通过数值模拟计算分析钢丝绳捻制成形过程的反扭转系数对加工应力应变分布和残余应力的影响,计算结果表明:反扭转系数对捻制成形过程中应力应变和残余应力及形状冻结性有显著影响,合理的反扭转系数应取略大于1.0的值.实验结果证实了本文提出的捻线成形过程数值模拟几何模型和有限元计算模型的有效性.     

型砂高温力学行为的试验研究方法

研究了型砂高温力学性能微机数据采集处理系统并对ＳＱＷ－Ⅱ型砂高温强度仪进行改进，应用散体力学中的Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏理论，确立了一套以定量描述型砂的高温力学行为为目的手段和方法。通过它们可以实现对型砂在不同温度下的应力－应变曲线，模量，抗压强度，粘降力，内磨擦角、型砂软化后的粘度系数以及热膨胀系数等基本参数的测算，从而基本上能满足型砂高温力学行为研究的需要。     

火灾蔓延作用下混凝土连续板力学行为试验研究与模拟

为研究火灾蔓延作用对三跨混凝土连续板力学行为影响,对四块混凝土连续板进行仅边（中）跨和三跨依次受火试验,获得各跨温度、变形、裂缝、爆裂和破坏模式等变化规律。在此基础上,对一块混凝土试验板火灾行为进行数值分析,研究了几何（非）线性和混凝土热膨胀应变对火灾蔓延作用下连续板各跨弯矩分布和薄膜机理影响规律。结果表明：混凝土板裂缝和爆裂主要出现于受火跨,非受火跨裂缝较少;板底和板顶具有完全不同裂缝分布,即板底短裂缝多出现在板边区域,板顶多为平行短跨方向通长裂缝。同时,混凝土连续板各跨跨中变形趋势取决于自身位置和火灾蔓延方向,变形最大值取决于自身受火时长和炉温。此外,数值分析表明,火灾蔓延行为对连续板各跨最大弯矩分布和拉压薄膜效应发展有重要影响;相比Lie模型,EC2模型计算结果较为合理,且几何非线性影响不可忽略。     

针刺/缝合多尺度联锁复合材料Ⅱ型层间力学行为

针刺/缝合多尺度联锁复合材料具有优异的层间性能,在航天热结构复合材料中得到越来越多的应用,然而,缝合工艺对于针刺复合材料双切口层间剪切(DNS)性能的影响还不清楚。以石英缎纹基布、石英斜纹半切布为原料,设计制备了3种缝合矩阵、4种缝合纤维束的石英纤维增强树脂基针刺/缝合多尺度联锁复合材料,测试并分析了复合材料的DNS性能。采用Micro-CT对织物内部结构进行表征,同时通过扫描电镜(SEM)观察试样断口形貌,阐明层间增强机制。使用内聚力模型(Cohesive zone model,CZM)结合Abaqus软件进一步探究针刺/缝合多尺度联锁复合材料的DNS行为,预测材料的极限破坏强度。研究结果表明：缝合工艺的引入极大地改善了复合材料的层间性能,其DNS的破坏载荷最大可达到32.73 MPa,相比针刺复合材料提升了86.46%。针刺/缝合多尺度联锁复合材料DNS的主要破坏方式是基体开裂、纤维束的脆性断裂和拔出。同时,模拟结果和针刺/缝合多尺度联锁复合材料的DNS实验结果吻合较好,误差最大不超过8%,证明本文建立的内聚力模型能够有效预测针刺/缝合多尺度联锁复合材料的层间剪切性能。     

低应变下PP/nano-TiO2复合材料拉伸力学行为的有限元模拟

通过双螺杆挤出机制备了聚丙烯/二氧化钛纳米复合材料,在材料连续介质力学模型假设基础上,建立了复合材料的有限元模型,求解发现:低应变下,二维平面模型较三维体积元模型能够更好地拟合实际材料的应力应变曲线:当无机纳米粒子较少时,单个粒子的微区应力场受其它粒子影响不大,微区应力场重叠或交叉现象不明显;而在不同载荷作用下,无机粒...     

颗粒和纤维混杂增强复合材料力学性能的三维有限元模拟

为了研究原位合成TiB 纤维和TiC 颗粒混杂增强的钛基复合材料的力学性能与微观结构的关系, 根据其微观结构特点, 并基于随机序列吸附(RSA : Random Sequential Adsorption) 方法, 提出了短纤维和颗粒混杂增强的三维有限元模型。该模型可以生成位置及取向随机分布的多纤维多颗粒的代表体积单元, 同时纤维的长径比、取向分布规律可以任意调整, 适合各种不同的混杂增强复合材料微观结构的模拟。对比实验测试结果, 证明该模型对混杂增强的复合材料的模拟较为精确。模拟结果显示: 在纤维状增强体中, 平行于加载方向的增强体承载了最大的应力, 而与加载方向约呈45°角的增强体承受的应力最小; 颗粒状增强体承受的应力相比平行于加载方向的纤维状增强体要小很多; 基体中应力在加载方向上靠很近的增强体之间较高。      

基于ARLEQUIN方法和XFEM的结构多尺度模拟

该文研究考察ARLEQUIN方法与扩展有限单元法(XFEM)相结合进行结构的多尺度模拟。首先简要介绍了扩展有限单元法和ARLEQUIN方法的基本理论,基于Matlab软件编制了ARLEQUIN方法和扩展有限元方法相结合的多尺度分析程序。对一带边裂纹的板进行了应力分析并计算裂纹尖端附近应力强度因子,同时对一中心带圆孔的方板在受水平均布拉力作用下的孔口应力集中问题进行了分析。计算结果表明:该文编制的程序是正确的,将ARLEQUIN方法和XFEM相结合进行结构多尺度数值模拟是可行的。     

岩体力学行为多层结构模型研究

随着我国重大基础建设的深入,西部大开发涌现出更多环境灾害下重大工程的安全问题研究,复杂的岩土工程难题也大量涌现,复杂岩土工程的有限元分析也具有很大难度。本文系统研究了开采与岩体力学结构研究,从理论和实践更加深入研究,应用多层结构模型理论来分析岩体力学性能,制定非线性计算方法,阐述岩体计算模型。深入研究问题,为国家"十五"计划做出贡献。     

金属腐蚀的多尺度计算模拟研究进展

综述了计算方法在金属腐蚀研究中的应用与进展,提出了利用第一性原理与内聚有限单元相结合的跨尺度计算与模拟方法研究金属铝的腐蚀行为与机理。采用基于密度泛函的第一性原理计算Cl-与钝化膜的相互作用,明确了铝点蚀的萌生机理。利用第一性原理计算方法研究Al-H体系,计算了H原子沿铝表面以及从表面向内部的吸附、溶解和扩散,表明H沿晶界的扩散和偏聚对晶界强度影响显著。将第一性原理计算得到的晶界结合能输入到内聚有限元模型,模拟铝合金的晶间开裂行为,实现了原子尺度到宏观尺度的衔接,建立了从原子尺度到宏观尺度的跨尺度计算与模拟框架。     

高强度复合电缆拉伸力学行为计算模拟研究

以某电缆展开式电潜泵系统(CDPS)用复合电缆为原型,基于层合板剪切变形理论和Knapp拉扭理论,建立复合材料与螺旋结构耦合的刚度计算模型,采用有限元方法验证力学模型的准确性。提供了一种实用化高强度电缆刚度计算模型,简化该类电缆计算;通过对电缆铺层方案及动力层缠绕角优化,使电缆拉伸刚度得到了很大的提升。