粘弹性材料本构模型的研究

介绍了近年来建立粘弹性材料本构模型的方法。目前主要有两种方法:利用现有本构模型;对粘弹性材料进行试验研究,拟合实验曲线。     

高分子材料非线性粘弹性问题的解法

尽管实验限制在小变形范围之内，高分子材料仍表现出明显的非线性粘弹性性能。目前由于分析上的困难，通常只好采用线粘弹性假设。基于前文，提出了一个求解高分子材料物理非线性（含线性）粘弹性问题的新原理，通过对改性聚丙烯材料的实验表明了该原理的正确性和对于此类材料的实用性。     

岩体粘弹性本构模型辨识的一种方法

本文探讨从各种粘弹性本构模型中如何确定最佳模型问题。将工程岩体视为一个复杂系统,施工中实测获得的岩体随时间的变形视为系统的输出响应,基于解决复杂系统等价数学模型的一般原理,运用最小二乘法、非线性最优化技术和拟合度检验法,本文提出从粘弹性本构模型的一般通式中来确定具体条件下最佳模型的方法,继而用辨识得到的模型可进行时空上的超前预测,用新实测数据进行模型检验和修正,达到理论分析与指导实际工程紧密结合的目的。实例验证表明该方法是有效的和可行的。     

服从分数代数Maxwell本构模型的粘弹性阻尼材料性能分析

运用分数代数及本构理论,讨论了具有分数代数Maxwell本构关系的粘弹性材料的储能柔量、耗散柔量、耗散率、内摩擦角等参量随频率的变化规律,分析了具有分数导数Maxwell本构关系的粘弹性材料的一些阻尼特性.     

聚合物熔体粘弹性本构方程

概述了聚合物熔体粘弹性本构方程的发展历程，给出了有代表性的线性粘弹性和非线性粘弹性本构方程的各种形式的数学表达式，讨论了它们的特点及应用范围，旨在为聚合物熔体流动数值模拟中本构方程的选择提供帮助。     

分数算子描述的粘弹性材料的本构关系研究

从分数导数的定义出发,提出了在经典粘弹性模型理论中采用Abel粘壶取代传统牛顿粘壶的新观点.将有机硅高分子材料在MTS831.10材料试验机上进行动态力学行为试验,对试验结果分别用经典粘弹性模型和分数导数模型进行拟合.结果表明,分数导数Kelvin模型可以同时精确地拟合高分子材料的存储模量和损耗模量随频率变化的曲线,而且其形式简单、统一,在计算过程中需要调整的参数很少.     

粘弹性材料的微振子模型研究

针对利用粘弹性材料进行结构主被动控制的需要,建立了一套确定微子模型各参数的方法,并且与标准流变模型,分数导数模型以及试验结果进行比较,算例表明确定微振子模型各参数的方法有效,同时也表明微振子模型不但能准确描述粘弹性材料的本构关系,而且能与有限元方法相融合,建立二阶线性系统,能很方便地利用线性系统控制理论进行控制设计。     

《金属橡胶粘弹性本构模型研究》

应用金属橡胶的粘弹性拉压模型,使用通用有限元结构分析软件ANSYS通过平衡迭代求解获得其本构关系。结果表明理论计算曲线与实验曲线吻合较好,为金属橡胶理论的进一步研究打下基础。     

VPF粘性介质粘弹性本构关系研究

为研究粘性介质的力学性能对板材变形的影响,通过剪切蠕变-回复和松弛试验分析了甲基乙烯基粘性介质的流变性能.实验结果表明粘性介质可以简化为线性粘弹性材料.建立了粘性介质的积分型粘弹性本构方程,并结合剪切蠕变-回复过程的有限元分析确定了方程中的材料参数.利用该本构方程对粘性介质压力胀形过程进行了有限元分析,模拟结果与试验结果对比表明,所建立的本构方程可以较好的预测板材的变形过程.     

纤维增强复合材料本构模型研究进展

本文对纤维增强复合材料的本构模型最新研究成果进行简要阐述和归纳,并结合实例进行了相关数值模拟计算。文中阐述的复合材料为纤维增强树脂复合材料、纤维增强金属基复合材料和纤维编织复合材料。目前,关于纤维增强金属基复合材料的研究较少,大多数研究集中在纤维增强树脂复合材料和纤维编织复合材料。许多学者在经典弹性本构模型和连续介质力学基础上,推导出了一些弹塑性、粘弹性和考虑损伤的非线性本构模型。通过实例计算结果表明,考虑损伤导致刚度退化的复合材料弹塑性本构模型计算得到的拉伸应力应变曲线与测试结果基本一致。本文通过对复合材料本构模型的最新研究成果的归纳和数值模拟实例计算,为后续研究工作提供借鉴,推动其在实际工程中的应用。     

阻尼减振材料滞弹性位移场模型参数寻优及其应用

针对阻尼材料滞弹性位移场模型多参数、多目标、非线性优化问题,给出了一种粒子群算法与序列二次规划法相结合的多参数变量寻优解法,并将模型优化结果与标准流变学模型、分数导数模型及试验结果进行了比较。基于ADF数学模型建立了粘弹性集中参数系统及阻尼夹芯板结构的动力学方程,并进行了结构模态响应分析及阻尼预测。计算结果表明:该组合寻优解法不仅能得到较好的最优解,而且确定出的模型参数准确可信,优化后的ADF模型能很好的再现阻尼材料的本构特征。     

Leonov粘弹本构模型及其参数的确定方法

介绍了Leonov粘弹本构模型以及它在简单剪切流中的应用,它对于不同的流动问题具有较好的描述能力,能用来描述剪切流动、振荡流动及瞬态剪切流动等。并且基于高聚物材料的动态实验,采用非线性回归方法拟合出了Leonov模型中的物性参数,并用拟合的数据与材料的简单剪切行为进行了比较。     

自复位粘弹性腹杆的力学原理与滞回性能研究

为改善超高层建筑伸臂桁架抗震性能,消除传统斜腹杆屈曲后强度刚度退化明显、耗能不足和残余变形较大等问题,该文设计了一种兼具稳定刚度、耗能和复位功能的自复位粘弹性斜腹杆（SC-VEDM）代替传统型钢腹杆。通过合理的构造措施,将粘弹性材料、预应力筋和型钢组装起来,利用粘弹性材料剪切变形提供耗能能力,预应力筋始终受拉提供复位能力;建立SC-VEDM的理论力学模型,分析不同工作阶段的受力特征,推导其理论恢复力模型;利用通用有限元软件MSC.Marc建立SC-VEDM的精细有限元模型,对其滞回性能进行了模拟预测。结果表明,该文提出的构造措施可行,设计的SC-VEDM具有稳定的刚度、较好的耗能和复位能力。且SC-VEDM的数值模拟结果与理论恢复力模型结果吻合良好,腹杆第一刚度相对偏差为0.4%,受压承载力最大相对偏差约为4.64%,累积滞回耗能最大相对偏差约为10.9%,为后续SC-VEDM的试验和设计方法研究奠定了基础。     

粘弹性阻尼器的计算模型

本文介绍了粘弹性阻尼器的构造与性能,以及目前普遍用于分析粘弹性阻尼器的五种计算模型,提出了一种能够体现温度和频率影响的新计算模型—等效标准固体模型,然后通过实例分析,得出有关结论。     

粘弹性复合材料力学性能的细观研究

利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法研究了复合材料的粘弹性问题。通过时间域内的Laplace变换及对应性原理,将问题线性化,预报了颗粒增强复合材料的蠕变本构关系,给出了材料模量随时间、夹杂体积分数的变化规律,并与实验结果对照,吻合较好。      

钛-钢复合钢材力学性能及本构模型研究

为系统研究钛-钢复合钢材的力学性能,对2 mm~12 mm厚TA2+Q235B钛-钢复合钢材进行了系列试验研究,包括拉伸、剪切、粘结、弯曲、冲击韧性、硬度等试验,其中拉伸试件设计考虑了复合比的影响。基于试验结果,得到了该类钛-钢复合钢材的基本力学性能指标,并重点对其单调拉伸荷载下的力学性能进行了分析研究。试验结果表明：钛-钢复合钢材的应力-应变曲线特征及典型力学性能指标与复合比的大小直接相关;随着复合比的增大,屈服平台逐渐消失,弹性模量逐渐减小,屈服强度和断后伸长率逐渐升高,但抗拉强度的变化并不明显,这与钛TA2和Q235B低碳钢本身的力学性能有关。基于拉伸试验数据和有限元数值计算结果,提出了钛-钢复合钢材的力学指标计算方法,建立了其本构模型。此外,剪切和粘结试验得到的复合界面强度尽管较低,但对拉伸力学性能影响十分有限;同时,该类复合钢材的受弯和冲击性能良好,硬度结果呈现两侧高、中间界面层低的情况。研究结果可为钛-钢复合钢材在结构工程领域的研究和应用提供基础参考和材料本构模型,并有利于促进其工程应用。     

未硫化橡胶非线性粘弹性本构模型研究

建立一种新的未硫化橡胶力学行为的描述方法。为了充分研究未硫化橡胶在不同变形模式下复杂的应力-应变行为,设计了3种不同的力学特性实验:单轴拉伸、压缩与剪切试验。发现未硫化橡胶的应力-应变关系表现出很强的非线性和率相关性。提出结合Yeoh应变能函数的广义Maxwell粘超弹性模型,拟合分析表明试验结果与模拟结果一致性较好。发现与硫化橡胶一样,必须采用多工况下的实验数据才能得到变形协调的粘弹性本构模型。实验结果和建立的本构模型有助于工程师更好的理解未硫化橡胶的力学行为,为橡胶的制造过程仿真提供理论基础。     

钢铅粘弹性阻尼器试验研究

研制开发了一种钢铅粘弹性阻尼器,介绍了该种阻尼器的构造、耗能机理及特点,设计出钢铅粘弹性阻尼器试验模型,利用压剪试验机完成阻尼器试验模型在不同幅值下的低周反复荷载试验,采用Bouc-Wen 模型和双线性模型模拟了钢铅粘弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明:1) 钢铅粘弹性阻尼器滞回曲线光滑饱满,具有良好的耗能性能;2) 铅芯、钢芯和粘弹性材料在剪切变形过程中发挥了良好作用,提高了阻尼器水平剪力、初始刚度和耗能能力;3) 阻尼器在大变形过程没有出现粘弹性材料外鼓和撕裂现象,并能恢复到原始加载位置,其具有较好的大变形能力和自恢复性能;4) Bouc-Wen模型、双线性模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合的较好,分析时采用Bouc-Wen模型、双线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的。     

基于Eshelby等效夹杂理论的沥青混合料有效粘弹性质分析

利用Eshelby 等效夹杂理论研究了沥青混合料的单轴压缩蠕变行为。通过时间域内的Laplace 变换将问题线性化, 得到了沥青混合料的蠕变本构关系。开展了不同温度、应力水平条件下沥青砂的单轴压缩蠕变实验, 根据数据拟合了沥青砂四参量流变模型的模型参数。在此基础上, 预测了沥青混合料在不同温度、应力水平下的蠕变曲线, 分析了温度、应力水平对沥青混合料蠕变行为的影响。结果表明:在相同的应力水平下, 沥青混合料的应变和应变率都随温度的升高而增大, 并且在沥青软化点附近发生明显突变;在相同的温度下, 沥青混合料的应变和应变率都随加载应力的增加而增大。     

竖向集中力作用下分数导数型半无限体粘弹性地基变形分析

研究成果表明地基土体具有粘弹性性质,在长期荷载作用下会产生蠕变变形。为了准确预测地基变形,必须建立精确的土体本构模型。分数导数粘弹性模型具有精确度高,确定模型所需的实验参数少,应用范围广的特点。针对半无限体粘弹性地基,采用分数导数粘弹性本构模型模拟土的力学行为,运用弹性-粘弹性对应原理分析了粘弹性地基的变形。研究发现,采用分数导数粘弹性本构模型得到的地基沉降量较经典粘弹性模型要小,经典粘弹性模型不能很好地反映集中力对周围地基沉降的影响以及地基的蠕变性质。