机织复合材料各向异性超弹性本构模型

基于纤维增强连续介质力学理论,提出一种超弹性本构模型来描述机织复合材料织物在成形过程中由于大变形所引起的非线性各向异性力学行为。在这一模型中,应变能函数被分解成两部分:一部分代表由于经纱和纬纱各自拉伸所产生的拉伸应变能;另一部分代表由于经纱和纬纱之间角度变化而产生的剪切应变能。本构模型中所需的材料参数通过对机织复合材料织物的单向拉伸以及偏拉试验数据的分析与拟合来求得。利用对一平纹机织复合材料的单曲率半球形冲压成形试验进行有限元模拟来验证模型。模拟结果与试验结果对比表明所提出的超弹性本构模型能够很好地表征机织复合材料在大变形下的非线性各向异性力学行为。这一本构模型具有简单实用、材料参数容易确定的优点。该模型对于机织复合材料成形的数值模拟与成形工艺优化设计有着重要的意义。     

橡胶波形发生器材料本构模型有限元仿真及试验研究

通过橡胶试件的拉伸、压缩试验,得出了两种硬度橡胶材料的应力-应变关系;建立两种硬度橡胶波形发生器的有限元模型,分别施加18 kN和28 kN的载荷,得到了采用不同本构模型的最大静态变形量及静态刚度;进行实物试验,并将有限元仿真结果与实物试验结果对比.研究表明:Arruda-Boyce模型相对误差最小,Van der Waals模型相对误差最大.     

简支梁金属橡胶本构模型

依据金属橡胶细观接触作用特点及受力变形特征为基础,对金属橡胶准静态压缩情况进行分析.从金属橡胶的微单元体出发,以单匝螺旋卷为基本受力单元,根据单匝螺旋卷与简支梁的几何关系,及单元体内螺旋卷的串并联关系,提出了简支梁金属橡胶本构模型,并用不同工艺参数的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,同时与悬臂梁模型、多孔模型作误差对...     

复合材料率相关本构模型的研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,在中等应变速率（１／ｓ）下,对玻璃布－环氧层板的动态力学性能进行了实验研究,获得了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等力学参数;对该层板材料在不同温度、不同应变速率下的应力应变曲线和破坏过程进行了分析讨论。根据实验数据,拟合了玻璃布－环氧层板材料的本构关系     

橡胶输送带黏弹性本构模型参数测定与分析

通过动态加载应变试验,分析了钢丝绳芯橡胶输送带在0,10,20,30和40℃温度下的应力响应。以输送带的标准固体本构模型为基础,通过黏弹性材料的傅里叶级数拟合,推导了输送带标准固体模型中3个参数的识别公式,建立了3个参数随温度变化的拟合公式,并分析了其随温度的变化特性。结果表明:温度对黏度系数η1和弹性模量E_1影响较大,呈非线性变化趋势;对弹性模量E_2影响相对较小,可以近似为线性变化。最后,通过试验对建立的拟合公式误差进行了分析,最大误差约为3%,试验结果也证明了辨识公式的准确性。     

复合材料非线性本构方程及其工程计算方法

在对Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ模型和Ｊｏｎｅｓ－Ｎｅｌｓｏｎ模型进行分析研究的基础上，给出了将非线性本构方程用于工程计算的程序和方法。对于Ｊｏｎｅｓ－Ｎｅｌｓｏｎ模型，提出了较之Ｊｏｎｅｓ方法更为合理有效的模型参数确定方法；并在模型扩充实用时引入了应力叠加原理，从而保证了模型在全部应力空间的连续性和适用性。笔者还同时给出了工程计算的计算机程序主框图和部分运行结果，对于把非线性本构方程引入工程设计具有实际指导意义     

E-玻璃纤维2D编织层铺增强复合材料的损伤力学本构模型及应用

由拉伸试验获得E-玻璃纤维2D编织层铺增强树脂基复合材料的力学性能,通过弹性力学推导出材料正交各向异性的本构关系,并对本构关系中的刚度矩阵进行数值解析,得到复合材料的弹性本构方程;将结果应用于Hashin强度准则,建立了以连续损伤力学为基础的正交各向异性损伤本构模型。将所建立的弹性及损伤本构关系赋予层合板三维模型,通过ABAQUS/Explicit软件模拟弹丸冲击复合材料层合板的过程,并对模拟结果进行分析。结果表明:当冲击载荷达到材料的临界损伤值(732N)时层合板发生破裂,并在24μs达到最大变形量,此时应力重新分配,且复合材料横截面上的应力在中心处从0向外逐渐增大到509.8MPa;在冲击整个过程中,材料的损伤从中心向四周呈放射状递减。     

采用超弹性-粘弹性-弹塑性本构模型的橡胶隔振器动态特性计算方法

填充橡胶材料的动态特性与激振频率及激振振幅相关.基于本构模型叠加的方法,建立填充橡胶材料的超弹性-粘弹性-弹塑性本构模型.其中,超弹性模型用于表征橡胶材料的弹性特性,粘弹性模型和弹塑性模型分别用于表征橡胶材料动态特性的激振频率和激振振幅相关性.给出模型中参数的识别方法以及橡胶隔振器的动态特性与激振频率及激振振幅相关性的计算方法.由橡胶试件的简单剪切试验数据拟合得到模型参数,利用有限元分析方法计算一橡胶悬置的动态特性并与试验数据进行对比分析.结果表明,所建立的超弹性-粘弹性-弹塑性模型可以较好地表征橡胶材料动态特性的振幅相关性和频率相关性,可用于橡胶隔振器动态特性的预测与优化设计.     

基于BCJ本构模型的高速切削过程数值模拟

在高速切削过程数值模拟中,材料本构模型影响着数值计算精度。基于有限元软件Abaqus平台,引入基于位错动力学的BCJ本构模型,实现铝合金高速切削过程更为精确计算。研究了BCJ本构模型嵌入Abaqus的关键技术及其高速切削过程有限元模型建立方法,完成了铝合金6061-T6直角高速切削过程模拟,对比分析了基于BCJ本构模型和JC本构模型的差异。结果表明,数值计算结果与文献数据具有良好的一致性,BCJ模型能够更全面准确地描述高速切削过程中材料的动态性能,进而说明文中基于BCJ本构模型的高速切削数值计算是可靠的。     

隔振橡胶材料超弹性本构模型适用性研究

填充橡胶材料在工程减隔振结构中广泛应用,对其超弹性力学特性的准确模拟对工程结构的服役性能准确预测至关重要。针对一种隔振橡胶材料试样进行了单轴拉伸(UT)、单轴压缩(UC)和简单剪切(SS)试验等3种基本材料力学试验,对其超弹性力学行为进行了表征,讨论了在3种力学试验数据不全的情况下4种常用超弹性本构模型预测其他变形模式的能力,并提出了3个误差评价指标和1个拟合优度系数R来评价拟合精度。最后,根据研究结果,讨论了不同试验条件下超弹性材料本构模型的适用性并给出了选择建议。     

微体积成形晶界影响区域材料本构方程的构建及有限元模拟

基于微体积成形的成形机理及传统的表面层模型,将分析体分为内部多晶区域、表面层晶粒内部区域和表面层晶粒影响区域.参考Hall-Petch公式并引入尺度参数,对微镦粗试验数据进行回归分析,构建纯铜晶界影响区域材料的本构方程.分区域赋予分析体材料本构关系并进行离散化处理,对纯铜微镦粗过程进行数值模拟,分析结果体现了微成形的基...     

基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟

报告在中国国家自然科学基金重点项目“金属粉末高致密化精密成形系统技术基础及应用”、国家高技术研究发展计划(863计划)“高性能粉末冶金材料温压精密成形技术”和广东省自然科学基金研究团队项目“金属粉末精密成形先进制造系统的理论及应用研究”的共同资助下,所提的基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟研究成果。在分析比较椭球面屈服准则和岩土类材料屈服准则的基础上,选择适用于金属粉末材料等可压缩连续体的椭球面屈服准则。     

Modeling and Optimization of Machining Process in Discontinuously Reinforced Aluminium Matrix Composites

This article presents development of an Artificial Neural Networks (ANN) based model for the prediction of surface roughness during machining of composite material using Back Propagation algorithm. Statistically designed experiments based on Taguchi method were carried out on machining of Al/SiCp composite material. The experimentation helped generate a knowledge base for the ANN system and understand the relative importance of process, tool and work material dependent parameters on the roughness of surface generated during machining. The ANN model trained using the experimental data was found to predict the surface roughness with fair accuracy. An optimization approach was also proposed to obtain optimal cutting conditions that yield the desired surface roughness while maximizing the metal removal rate.     

Modeling and Optimization of Machining Process in Discontinuously Reinforced Aluminium Matrix Composites

Abstract

This article presents development of an Artificial Neural Networks (ANN) based model for the prediction of surface roughness during machining of composite material using Back Propagation algorithm. Statistically designed experiments based on Taguchi method were carried out on machining of Al/SiCp composite material. The experimentation helped generate a knowledge base for the ANN system and understand the relative importance of process, tool and work material dependent parameters on the roughness of surface generated during machining. The ANN model trained using the experimental data was found to predict the surface roughness with fair accuracy. An optimization approach was also proposed to obtain optimal cutting conditions that yield the desired surface roughness while maximizing the metal removal rate.     

轮胎超弹性本构材料参数确定的影响因素分析

轮胎橡胶超弹性本构模型材料参数的准确确定对车辆轮胎设计理论具有重要意义。首先研究国内外超弹性本构模型参数确定中常用的理论计算流程和试验方法,并回顾常用的几种确定本构关系材料参数的应力应变曲线。通过对橡胶材料硫化程度、疲劳试验次数、加卸载顺序等因素对橡胶材料性能的影响研究,对车辆轮胎超弹性本构模型参数确定方法进行探讨,发现橡胶材料的力学性能不仅取决于其承受的峰值载荷,而且很大程度上取决于载荷的施加顺序。基于橡胶弹性物理学理论,通过分析比较,确定轮胎力学分析中用于本构模型参数拟合的试验曲线选取原则：首先应确定所研究的轮胎橡胶材料的实际硫化程度;再结合考察轮胎实际运行工况,通过试验或者数值仿真技术确定材料加载历程中经历的最大峰值载荷;采用该载荷峰值下的橡胶材料循环特性曲线作为材料本构关系曲线来拟合相应材料参数。循环次数采用3万次可满足精度要求;从提高试验效率出发,也可采用定载荷下7次循环后稳定的力学曲线。     

ZGMn13高锰钢本构方程及仿真实验的研究

在有限元仿真中材料的本构方程对仿真结果有着重要的影响,利用压缩试验和分离式Hopkinson压杆试验得到的数据推导出ZGMn13高锰钢的Johnson-Cook本构方程中的参数,并依据此方程进行有限元仿真。     

Effect of rubber on tribological behaviors of polyamide 66 under dry and water lubricated sliding

The friction and wear behaviors of polyamide 66 (PA 66) and rubber-filled PA 66 (PA 66/SEBS-g-MA) composites were investigated on a block-on-wheel model friction and wear tester under dry sliding and water lubricating conditions. In order to further understand the wear mechanisms, the worn surfaces and scraps of samples were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and differential scanning calorimeter (DSC). The experimental results indicated that the wear mass loss and the friction coefficient of PA 66 decreased with the addition of rubber particles. The friction coefficients of PA 66 and PA 66/SEBS-g-MA composites under water lubricating condition are lower than those under dry sliding condition, but the wear mass losses are higher than those under dry sliding condition. The main wear mechanisms under dry sliding condition are the plastic deformation and mechanical microploughing. Whereas the main wear mechanisms under water lubricating condition are the mechanical microploughing and abrasive wear.     

基于粉末本构模型和多体力学仿真的模架集成式粉末成形设备的设计

研制出一种新型的低成本、小体积、高精度的专用模架集成式粉末成形设备。以MSC.Marc与MSC.Adams软件相结合提出基于数值模拟的1 MN压机设计方法,即根据粉末压制试验构建末材料流动应力本构模型;通过该模型在MSC.Marc软件数值计算出所设计压机压制过程的模冲载荷;在分析模架集成式粉末成形设备各个模板在压制工过程运动特点的基础上,建立多体运动学数学方程;将所得模冲载荷作为边界条件加载到对模架集成式粉末成形设备在压制过程的模拟仿真;并在MSC.Adams软件中分析各个模板在压制过程中力学状态,从中分析该设备在实际工况下的可靠性。研制出电液比例阀和光栅尺相结合的控制系统,实现对缸同时驱动,解决不同模板之间的动作协调的问题,所研制试验样机实现零件轴向压制精度为±0.02 mm。实际压制过程所得各模冲载荷与模拟结果相一致,从而验证粉末成形设备设计所采用的本构模型是准确的,基于数值模拟进行粉末成形设备设计的方法的正确性。     

交叉口交通流的数学建模与数值模拟

利用交通流的基本特征和数值分析的离散性,建立离散化城市道路交通流车辆生成模型、车辆跟驰模型、换车道模型等数学模型,研究城市道路交通流微观仿真数值计算方法,在分析算法的设计基础上,合理校正区域交通流模拟参数,采用离散网格法在linux平台上用C++编写城市交通流微观仿真程序,建立交通流数值计算仿真平台,并通过对计算结果和实际交通调查数据分析验证。研究结果表明:当以含有4个交叉口的某城市区域路网交通流实测车辆产生数据作为初始条件进行交通流数值仿真时,从入口和出口断面交通量两个方面对仿真结果和实测数据进行比较分析,结果表明交通量基本一致,并且当计算结果趋于稳定时,各路段交通量在某一常数附近波动,路网区域内的车辆数则在信号灯的控制下呈周期性波动。