一种新的简化延性层裂模型

重新定义损伤、应用Cochran-Banner模型中的强度函数,提出了一种新的简化延性层裂模型。新模型抛弃了Cochran和Banner为计算他们所定义的损伤所作的基本假设:一旦微损伤形成,使微损伤演化远远易于使固体进一步发生体积应变。从而修正了差分微元中固体比容的计算。强调指出,选定重新定义的损伤以及强度函数或应力松弛方程提供了确定损伤的可能,排除了任何外加的损伤演化方程。在新的简化延性层裂模型中,一旦拉伸应力达到层裂强度,重新定义的损伤将由强度函数确定的应力松弛方程、计及损伤的能量守恒方程、状态方程以及本构方程等一系列封闭方程组确定。若干平板撞击致层裂实验的理论计算与实验结果已被比较。新模型中仅含两个参数:层裂强度及临界损伤度,它们的确定能使在一定初、边值条件下的层裂试验数值计算结果与实验测得的靶自由面速度历史或靶-低阻抗材料界面应力历史以及回收观测的层裂面上的损伤一致。     

层合复合材料冲击损伤破坏过程研究(Ⅰ)——宏观破坏准则

本文对层合复合材料在冲击载荷作用下的细观损伤和宏观损伤(分层、基体开裂、纤维断裂)的破坏机理提出了一种分析模型.该模型假设材料的非线性是由于冲击过程中的细观损伤引起的,在单元本构方程中处理;采用最大应变分量准则,处理材料的宏观损伤,并考虑了相邻层(或单元)材料状态的影响,采用节点分裂的方法模拟上述宏观损伤机理.     

层合复合材料冲击损伤破坏过程研究(I)——宏观破坏准则

本文对层合复合材料在冲击载荷作用下的细观损伤和宏观损伤（分层、基体开裂、纤维断裂）的破坏机理提出了一种分析模型。该模型假设材料的非线性是由于冲击过程中的细观损伤引起的，在单元本构方程中处理；采用最大应变分量准则，处理材料的宏观损伤，并考虑了相邻层（或单元）材料状态的影响，采用节点分裂的方法模拟上述宏观损伤机理。     

止裂层对陶瓷复合防弹插板冲击损伤行为研究

目的 研究冲击载荷下迎弹面覆盖止裂层的复合防弹插板陶瓷面板碎裂机理和抗侵彻性能。方法 对所设计的复合防弹插板进行空气炮打靶试验,构建冲击仿真有限元计算模型。结合试验和数值模拟,研究覆盖环氧树脂、凯夫拉平纹织物止裂层及无止裂层复合防弹插板的抗侵彻性能,分析不同冲击速度下复合防弹插板陶瓷损伤失效过程。采用内聚力单元对止裂层和陶瓷之间的黏结区域进行建模,分析黏结程度对陶瓷损伤和失效的影响。结果 止裂层表面约束的陶瓷在冲击过程中产生的径向裂纹随着撞击点附近的环向拉应力波的传播而延伸。止裂层黏结作用增强时,陶瓷的冲击缺口面积增大,但质量损失基本不变;迎弹面止裂层未对侵彻过程中子弹动能和复合防弹插板背凸情况产生显著影响。结论 止裂层在一定程度上能减少陶瓷质量损失,但也会造成更多的损伤,这种现象在高速情况下较为明显,且凯夫拉平纹织物止裂层所造成的损伤更多。相关研究工作可为陶瓷复合防弹板的设计提供参考。     

混凝土冻融损伤演化方程的初步建立

冻融是造成混凝土内部损伤的重要因素之一,目前越来越多的研究学者使用残余应变来表征由冻融引起的混凝土内部损伤程度。本文通过作图分析残余应变的变化规律,建立了残余应变变化规律演化方程,并对该演化方程及其参数进行了分析和准确性验证。结果显示,混凝土的残余应变随着冻融循环的进行而逐渐增大,残余应变变化规律演化方程能够反映其变化规律;该演化方程可分为单段变化模式和双段变化模式,双段变化模式比单段变化模式更符合冻融损伤的机理;利用该演化方程计算的混凝土各冻融阶段的残余应变计算值和实测值之间具有较高的吻合度,对建立混凝土冻融损伤寿命预测模型具有一定的指导意义。     

复合材料跨尺度失效准则及其损伤演化

提出了一种新的基于物理失效模式的复合材料跨尺度失效准则,从细观层面分别对纤维和基体的失效模式进行了表征,将纤维失效分为拉伸失效和压缩失效,将基体失效分为膨胀失效和扭曲失效.建立了相应的失效准则及损伤演化方法.通过正方形和六边形的代表体积单元(RVE)模型,计算了宏观应力到细观应力的机械应力放大系数和热应力放大系数.以IM7/5250-4复合材料拉伸试验作为算例对失效模型进行了验证.计算结果与试验结果吻合较好,表明跨尺度失效准则能够准确预测复合材料层合板的破坏.     

复合材料跨尺度失效准则及其损伤演化

提出了一种新的基于物理失效模式的复合材料跨尺度失效准则, 从细观层面分别对纤维和基体的失效模式进行了表征, 将纤维失效分为拉伸失效和压缩失效, 将基体失效分为膨胀失效和扭曲失效。建立了相应的失效准则及损伤演化方法。通过正方形和六边形的代表体积单元(RVE)模型, 计算了宏观应力到细观应力的机械应力放大系数和热应力放大系数。以IM7/5250-4复合材料拉伸试验作为算例对失效模型进行了验证。计算结果与试验结果吻合较好, 表明跨尺度失效准则能够准确预测复合材料层合板的破坏。     

岩石爆破层裂机理的研究

基于连续介质损伤力学，从Ｎａｊａｒ各向同性脆性损伤的能量定义出发，从能量角度分析了爆炸应力波传播过程中岩石损伤程度的变化，确定了岩石发生层裂的判据，即当入射压缩波尚未反射部分与反射拉伸波叠加后出现的拉应力等于岩石的损伤抗拉强度（本文简称）时，岩石发生层裂。从而弥补了岩石爆破层裂理论的不足，完善了岩石爆破机理。     

岩石爆破层裂机理的研究

基于连续介质损伤力学,从Ｎａｊａｒ各向同性脆性损伤的能量定义出发,从能量角度分析了爆炸应力波传播过程中岩石损伤程度的变化,确定了岩石发生层裂的判据,即当入射压缩波尚未反射部分与反射拉伸波叠加后出现的拉应力等于岩石的损伤抗拉强度（本文简称）时,岩石发生层裂。从而弥补了岩石爆破层裂理论的不足,完善了岩石爆破机理。     

基于连续介质损伤力学的复合材料层合板低速冲击损伤模型

基于连续介质损伤力学（CDM）方法,建立了分析复合材料层合板低速冲击问题的三维数值模型。该模型考虑了层内损伤（纤维和基体损伤）、层间分层损伤和剪切非线性行为,采用最大应变失效准则预测纤维损伤的萌生,双线性损伤本构模型表征纤维损伤演化,基于物理失效机制的三维Puck准则判断基体损伤的起始,根据断裂面内等效应变建立混合模式下基体损伤扩展准则。横向基体拉伸强度和面内剪切强度采用基于断裂力学假设的就地强度（in-situ strength）。纤维和基体损伤本构关系中引入单元特征长度,有效降低模型对网格密度的依赖性。层间分层损伤情况由内聚力单元（cohesive element）预测,以二次应力准则为分层损伤的起始准则,B-K准则表征分层损伤演化。分别通过数值分析方法和试验研究方法对复合材料典型铺层层合板四级能量低速冲击下的冲击损伤和冲击响应规律进行分析,数值计算和试验测量的接触力-时间曲线、分层损伤的形状和面积较好吻合,表明该模型能够准确地预测层合板低速冲击损伤和冲击响应。     

Spallation models and their relevance to steam-grown oxides

Abstract

An overview is given of existing models of oxide spallation with particular emphasis on their relevance to the mechanical integrity of steam-grown oxide layers on alloys used in power generating systems. Although the bulk of the experimental and modelling work over the last decade has been undertaken on alumina-forming high-temperature alloys, the understanding obtained can be used advantageously to identify likely key factors affecting the mechanical response of alloys at lower temperatures. Various aspects are addressed, such as the mechanisms of cracking and spallation, but a central issue is whether creep rates in the multi-layered scale formed on ferritic alloys can ever be high enough to relax possible growth stresses and to permit the Critical Strain Energy Criterion to be used as a method for predicting oxide spallation.     

岩石冲击损伤演化规律数值流形方法模拟

采用应力波衰减损伤模型对仅适用于模拟基于线性本构关系和恒定载荷作用下物体变形规律的数值 流形程序进行了扩展;利用扩展后的程序对岩石长杆在冲击载荷作用下的损伤演化规律进行了模拟,得出了不 同位置点处的损伤演化曲线和材料总体的损伤演化曲线。模拟结果表明,损伤的增加主要集中在冲击载荷作用 的初始阶段,随着时间的推移,应力波强度衰减,损伤将不再明显增加。     

激光层裂法测量复合材料界面拉伸强度研究进展

本文介绍激光层裂法检测复合材料界面拉伸强度的基本原理与实验方法 ,并从该测量方法的几个关键技术 ;应力波生成与传播的数学模型、应力波形的测量与临界值的判定 ,评述该技术及其研究进展的情况。     

两级蠕变下损伤演变及寿命估算

在两级或多级加载下,材料的蠕变寿命分数之和与加载顺序密切相关,这表明加载历史对损伤演变过程具有显著的影响。本研究采用考虑损伤和硬化影响的蠕变律,得到了蠕变损伤演变过程受加载历史的影响,讨论了两组蠕变加载时损伤演变和寿命估算问题。总结表明,本方法与试验结果吻合较好,可以反映加载效应的影响。     

双曲型缓坡方程的数值求解

双曲型缓坡方程是研究波浪在近岸缓坡区域传播变形的一种有效波浪数学模型。对Madsen和Larsen 提出的双曲型缓坡方程进行了数值模拟,数值模拟中采用时间层同步空间层交错的有限差分格式对双曲型缓坡 方程进行数值离散,并结合两个典型算例对所采用的数值模型进行验证。数值计算的结果表明,该数值模型可 有效地应用于双曲型缓坡方程的数值求解。     

两次冲击作用下压装炸药损伤规律研究

针对装药在多次冲击作用下易产生结构损伤,进而形成热点,引起战斗部提前点火甚至起爆的问题,采用一级轻气炮为加载源,设计了冲击加载模拟实验装置,分别开展了单个10 mm 、单个12 mm、两个10 mm和两个12 mm厚端盖4种工况的冲击加载试验。结合仿真模拟和扫描电子显微镜（SEM）,获取了装药内部应力分布规律及损伤特征,分析了加载次数对装药损伤的影响。结果表明:与单次冲击加载相比,炸药在连续两次冲击加载条件下损伤模式仍以拉伸断裂为主;但试样表面裂纹条数增多、分布范围更广、拉伸波叠加以及损伤演化速率提高等因素使得二次冲击加载时炸药内部微裂纹更易发展成为宏观裂纹。     

岩石强度对爆炸破坏影响的数值模拟

利用非线性动力有限元分析软件LS-DYNA,模拟了55.9 kg球形TNT药包在花岗岩和白云岩中爆炸时的破坏情况.仿真结果表明:强度对于自由面附近岩石破坏特征有明显影响,强度较大的花岗岩自由面附近反射拉伸波容易引起脆性断裂;强度较小的白云岩对应力波衰减较快,自由面附近不易发生破坏.数值模拟再现了爆炸应力波传播和岩石破坏过程,对爆破工程有一定的借鉴意义.     

镁合金织构演化晶体塑性力学模型的研究进展

晶体塑性力学建立于位错理论,能够将材料的塑性变形行为和微观组织变化联系起来,被广泛应用于形变织构的研究中。简述了镁合金的塑性变形机制,介绍了晶体塑性力学在镁合金织构演化模拟中的应用发展过程,重点对泰勒模型、弹塑性自洽模型、粘塑性自洽模型、弹粘塑性自洽模型的研究过程及其应用现状进行了综述。最后指出了晶体塑性力学模型在镁合金织构演化应用中存在的问题,并展望了其在镁合金变形织构模拟中的应用前景。     

解析Poly6-I屈服准则对3104-H19铝合金拉深制耳预测的研究

目的 研究解析Poly6-I屈服准则预测具有高各向异性的3104-H19铝合金本构关系的能力,并将其应用于有限元仿真分析中,以实现对3104-H19铝合金拉深制耳的精确预测。方法 分析解析Poly6-I屈服准则的表达形式,减少计算参数所需的试验个数,并与经典的Yld2004-18p屈服准则进行对比,验证它对高各向异性力学性能预测的能力,将其嵌入到有限元软件中进行杯型件拉深制耳模拟,验证模型的精确性和有效性。结果 对于高各向异性材料,解析Poly6-I屈服准则所使用的试验个数可以减少到11,它预测的3104-H19铝合金屈服轨迹的各向异性系数曲线和单向拉伸曲线与Yld2004-18p屈服准则预测的结果基本相同,杯型件拉深有限元模拟结果与试验结果基本一致。结论 与Yld2004-18p屈服准则相比,考虑高各向异性特性的解析Poly6-I屈服准则所使用的试验数据更少,且无须使用优化软件求取参数,更为方便。解析Poly6-I屈服准则能精确地预测3104-H19铝合金材料在杯型件拉深试验中的制耳个数及杯型件杯壁的成形高度。