线性混合强化三维宏微观双尺度弹塑性模型及分析

宏微观双尺度弹塑性模型通过宏微观联系因子获得微观尺度上的塑性应变,它是探讨高周疲劳损伤累积及其破坏机理的有效理论方法。基于双尺度弹塑性模型基本理论,研究了宏观载荷作用下具有塑性强化机制的微观应力应变演变规律,编写程序算法实现了比例混合塑性强化微观应力应变滞回曲线的求解。利用有限元软件Abaqus建立了三维实体模型,通过弹塑性分析获得相应的应力应变及其等效应力应变滞回曲线。对比有限元与本文算法结果,验证并校核了双尺度模型算法的有效性。     

材料重复冲击损伤模型与数值计算方法研究

基于连续介质损伤力学,将有效应力概念和应变等效假设应用于Johnson-Cook本构模型中,建立了重复冲击载荷作用下材料力学性能退化的损伤模型,以及考虑材料性能退化对冲击应力应变响应影响的数值计算方法。首先,推导了基于损伤耦合J-C本构模型的应力应变数值计算关系式,并在ABAQUS中进行二次开发,采用两种方法实现了考虑损伤影响的应力应变数值计算。进一步,建立了试件在重复冲击下损伤累积的计算方法,并采用所建方法对含缺口三点弯试件的重复冲击损伤进行了数值计算,研究了缺口根部应力应变及损伤度,并对试件整体损伤规律进行了分析。进一步开展了缺口三点弯试件的重复冲击试验,通过计算结果与试验结果的对比验证了建立的数值计算方法的可行性和适用性。与无损伤耦合模型计算结果相比,损伤耦合模型更能合理反映出缺口根部材料的力学性能退化过程以及损伤累积与冲击响应之间的相互影响。     

30Cr2Ni4MoV钢马氏体相变塑性分析

利用Gleeble-3500型热模拟机,对单轴应力载荷作用下30Cr2Ni4MoV钢马氏体相变过程中的塑性行为进行了实验分析。采用不同的应力加载方案,测试试样在不同载荷作用下的总应变,并对试样的弹性应变、组织应变及热应变进行分离,最终得到相变塑性应变。采用Greenwood-Johnson相变塑性模型得到试验钢种的相变塑性参数K。研究结果表明:马氏体相变塑性应变是30Cr2Ni4MoV钢在热处理过程中发生变形的重要原因,相变塑性应变与参数K随外加载荷的增大而增加。     

基于P-D-ε特性的重力坝主余震损伤累积分析

发生强震时主震会给重力坝带来损伤破坏,伴随主震发生的多次余震也会给重力坝带来额外的累积损伤破坏,目前关于重力坝在地震作用下的损伤研究大多都只考虑了主震及一次余震。因此,为了更加全面地分析评估多次余震对重力坝结构的累积损伤破坏,基于混凝土塑性损伤模型,结合水工混凝土P-D-ε曲线求解重力坝在多次主余震序列作用下的损伤,并考虑坝体位于水下部位出现裂缝后产生的水力劈裂现象,研究主震受损混凝土重力坝在强余震作用下的非线性动态响应。加载余震直至结构发生贯穿性裂缝破坏,并再次对破坏后的坝体结构重新建模,进一步分析后续的滑移、倾覆失稳情况。结果表明：强主震作用下坝体仅受到轻微至中等破坏,基本满足设计可修复的设计原则;多次余震对重力坝坝体的塑性损伤效益累积作用明显,坝体损伤区主要集中在坝踵、建基面和上游折坡点附近;随着余震次数的累计增加,塑性应变均有不同幅度的提高,最终由于累计损伤产生了贯穿性裂缝;水力劈裂对于重力坝塑性损伤累积、滑移和倾覆失稳等影响显著。     

纤维环向缠绕复合材料气瓶冲击损伤容限研究

为研究纤维缠绕复合材料层CNG气瓶冲击后损伤容限问题,采用疲劳应变比率作为损伤变量,建立疲劳累积损伤模型;对气瓶缠绕层的冲击损伤剩余强度采用开孔等效计算方法,应用Nuismer—Whitney平均应力准则,关联疲劳累积损伤函数中的最大应力与拉伸载荷下的含孔层合板剩余强度的关系,建立适用于在疲劳载荷下的含孔层合板结构剩余强度的估算方法,用于复合材料CNG气瓶冲击剩余强度的预测。结果表明,文中提出的分析模型预测结果与专家提出的复合材料气瓶冲击损伤评定标准基本吻合。     

含腐蚀缺陷弯管的极限载荷分析

应用有限元分析软件ANSYS对含腐蚀缺陷弯管在内压载荷作用下进行有限元分析。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响,并根据Binfu失效准则,计算分析出弯管不同缺陷尺寸对弯管极限载荷的影响、弯管缺陷处的应力分布状态以及缺陷处随内压改变而变化的应力应变图。根据腐蚀区的应力应变图,对模型的塑性极限载荷压力进行预测,得出了缺陷尺寸对塑性极限载荷的影响及变化规律。     

金属材料低周疲劳生热的有限元数值模拟

由于热弹塑性效应的存在,使得材料在低周疲劳载荷作用下发生的力学变形将导致材料温度发生变化,因而可通过观测温度变化判明材料的累积疲劳损伤。基于此,采用叠加各向同性强化模型的非线性随动强化模型作为循环载荷下的材料力学本构模型,以有限元软件ANSYS为平台,对SS304不锈钢平板试件在控制应变循环载荷作用下的热弹塑性效应进行数值模拟,着重分析一个载荷周期内导致材料温度发生变化的各种机制。结果表明,在一个载荷周期内,若材料处于弹性变形范围内,则引起材料温度变化的只有弹性拉伸和弹性压缩两种机制,且弹性拉伸引起温降,弹性压缩引起温升;若材料处于弹塑性变形范围内,则塑性拉伸、弹性压缩和塑性压缩导致材料温度上升,弹性拉伸导致温度降低。在整个载荷周期内,热弹性效应导致材料温度发生波动,热塑性效应导致材料平均温度升高。此外,若将材料温度的变化信息叠加到应力-应变变化的信息上,还可判明材料的屈服强度以及材料在载荷作用下所处的应力状态,如弹性拉伸、塑性拉伸、弹性压缩以及塑性压缩等状态。     

脉动载荷下换热器管板接头塑性失效研究

管板接头是换热器常见失效部位,其中交替塑性失效模式缺乏研究。基于材料的多线性等向强化(MISO)本构模型,对U型管式换热器角焊缝管板接头和新型内孔焊管板接头进行了弹塑性数值模拟。通过提取管板管桥中心及管板管孔附近区域的节点的应力及应变数据,得到了在脉动递增载荷下的双向应力和应变规律。结果表明,在脉动载荷的递增加载与卸载过程中,两管板接头的残余应力与残余应变存在差异;随着脉动幅值的递增,塑性应变不断累积,为防止结构最终发生塑性失效,需对应变进行合理控制。通过分析发现管接头内缘处是较容易发生交替塑性失效的部位,在对换热器管板接头失效分析时,应重视载荷历程和焊接接头形式对管板的影响。     

基于损伤力学的某飞机构件冲击疲劳寿命预估

某飞机起落系统中某重要构件在飞机往复起落中承受循环冲击载荷作用,需对该构件的冲击疲劳强度进行分析。损伤力学方法对冲击疲劳问题来说是一种新的分析方法。首先分析构件在静载荷作用下的细节应力,判明疲劳危险点,接着分析得到危险点在冲击载荷作用下的应力响应。然后构建冲击型损伤演化方程,并识别其中的材质参数,提出将应力响应视为载荷谱的应力应变场—损伤场解耦处理方式,发展了损伤力学—有限元法,使其可用于预估构件冲击疲劳裂纹萌生寿命。而后应用该方法对构件在冲击疲劳载荷与非冲击疲劳载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命进行预估,得到寿命预估结果,进而比较得到冲击疲劳载荷作用下和非冲击疲劳载荷作用下构件寿命的当量关系,为该构件的等效疲劳试验提供重要参考依据。     

泡沫金属材料的动力压缩响应

提出的一维质量-弹簧-阻尼单元模型用于计算模拟泡沫金属材料在冲击载荷作用下的动力响应.模型考虑泡沫金属材料微观密度不均匀及胞室流体对动力压缩特性的影响,并分别由单元质量块的密度和阻尼器在压缩过程中产生的应力描述.单元非线性弹簧的应力-应变关系取决于单元泡沫金属材料的压缩特性,包括胞缘弹性屈曲、胞壁或胞室的塑性坍塌及材料压实过程,并服从加、卸载定律.动力平衡方程采用显式积分算法求解.对30 mm×30 mm×100 mm铝泡沫材料块进行冲击模拟计算,结果表明铝泡沫材料的相对密度、密度分布的均匀性、胞室结构、胞室流体及脉冲压力强度、脉冲压力作用周期对泡沫金属在冲击载荷作用下压缩变形、冲击波扩展及能量吸收的影响.