PVA-ECC抗冲击性能数值模拟研究

评估了有限元软件LS-DYNA中常用混凝土动态本构模型及用户自定义混凝土模型的优缺点,通过总结分析得出自定义KF模型能够较为全面反映混凝土动态在冲击荷载下动力响应,基于PVA-ECC冲击试验数据采用线性回归的方法对KF模型的参数进行修正并模拟了PVA-ECC冲击试验.数值模拟结果表明:参数修正后的KF模型与试验结果吻合...     

隔振橡胶材料基于简单应变模式的 蠕变特性研究

对隔振橡胶材料的单轴拉伸应力松弛试验数据进行归一化处理,应用Prony级数模型对其应力松弛试验数据进行拟合,获得对应的粘弹本构参数。将表征粘弹特性的Prony级数因子引入Ogden超弹本构方程,获得隔振橡胶材料基于时间效应的本构方程,进而分析单轴拉伸、双轴拉伸和平面拉伸模式的蠕变特性,最后采用沙漏弹簧进行蠕变仿真与试验验证。该蠕变仿真预测方法为隔振橡胶材料的粘弹试验、蠕变计算和工程应用提供一种新思路。     

PE100燃气管材的非线性蠕变行为及其本构模型研究

对PE100燃气管材开展不同应力水平（2.4~9.6 MPa）下的常温蠕变测试,结果显示应力不超过5.4 MPa时,材料的蠕变柔量与应力水平无关,呈现出线性黏弹性行为,当应力高于5.4 MPa时,材料发生非线性黏弹性蠕变。基于单积分型非线性黏弹性本构理论,采用Findley模型对蠕变行为进行分析,并与Struik经验模型进行比较。结果表明,Findley模型和Struik模型均能较好地描述PE100管材的蠕变行为,但对高应力下的非线性蠕变行为,Findley模型比Struik模型描述得更准确。     

泡沫混凝土单轴压缩破坏特性的细观数值模拟

在细观层次,泡沫混凝土可看作是由大量气泡以及水泥浆体这两相材料复合而成的.为了模拟具有高含量气泡的泡沫混凝土,在假设气泡为圆形和球形的条件下,结合随机游走算法与随机搜索算法,创建了泡沫混凝土的二维和三维几何模型.使用混凝土断裂损伤的本构模型,对数值试件进行了单轴压缩破坏的力学特征分析.探究了泡沫混凝土试件从初始微小裂缝直至被压缩破坏的全部过程,得到了泡沫混凝土的应力-应变曲线.结果 表明:具有相同气泡尺寸及比例和相同气泡含量,而气泡位置分布不同的泡沫混凝土在抗压强度上有一定的差异性,但峰值应变和初始弹性模量基本保持不变;如果泡沫混凝土的气泡含量不同,那么它的极限抗压强度和峰值应变的变化趋势是不同的,并且随着试件的气泡含量增加,极限抗压强度会快速降低,而峰值应变虽然也会有所降低,但降低的趋势较为缓慢.这与真实的泡沫混凝土在单轴压缩时的破坏过程是一致的.这也说明:数值试验也能够较好的模拟泡沫混凝土在单轴压缩下被破坏的全过程.     

单轴压缩下含预制孔花岗岩试样破裂过程数值模拟

应用RFPA软件,对含不同尺寸的方孔、圆孔花岗岩试样进行单轴压缩加载模拟实验,研究预制孔试样破坏规律。结果表明:RFPA2D数值模拟结果与实验室内的试验结果基本一致;试样主要表现为拉剪破坏,并且随孔径的增大,破坏越来越明显;圆孔试样裂纹容易在圆孔的顶底板中点和两侧中央处破坏,方孔试样容易于方孔的顶板中点和方孔棱角处破坏;圆孔比方孔有更强的承压能力,充分验证了深部矿山曲墙拱形断面比折线形断面有更强的适用性。该数值分析结果可为同类采场设计提供一定的参考依据。     

3110孤岛工作面煤柱优化设计的数值模拟研究

为提高工作面顺槽的稳定性,防止因深井孤岛工作面煤柱内积聚的弹性能突然释放而发生冲击地压事故,运用FLAC3D数值模拟软件,模拟了不同煤柱宽度的侧向支承压力与剩余弹性应变能分布规律。通过数值模拟分析与理论公式计算,结果表明:煤柱过窄、过宽都不利于矿井安全高效生产。最终,建议某矿3110孤岛工作面的合理煤柱宽度为8 m,既有利于提高煤炭回收率,又有利于冲击灾害的防治。     

基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的橡胶材料有限元分析

基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型2种橡胶本构模型,建立了硅橡胶、丁腈橡胶和氟橡胶的单轴压缩实验有限元模型,对比了3种橡胶材料的名义应力-应变曲线及模拟仿真。结果表明,Mooney-Rivlin模型适合橡胶的小变形行为,Yeoh模型适合橡胶的大变形行为,且Yeoh模型在橡胶小变形时也具有较好的拟合度。     

橡胶辅助热压印成型数值模拟

采用橡胶代替传统下模具,压印形成壳状结构的制品。通过单轴拉伸实验确定了各硬度橡胶的材料参数,以及确定了其橡胶本构模型为Mooney-Rivlin模型,并确定了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料模型为广义Maxwell模型。利用有限元仿真软件ANSYS模拟其成型过程,研究了在温度、压力和橡胶硬度对PMMA成型过程的影响,仿真结果表明,随着温度升高、压力的增大,微沟道成型深度增大。橡胶硬度越小,成型效果越明显,但成型制品的厚度均匀性会受到影响     

低密度聚乙烯熔体毛细管挤出的数值模拟

借助2种微分型黏弹性本构模型DCPP模型和S-MDCPP模型来描述支化高分子熔体的复杂流变行为,并采用离散的弹性黏性应力分裂方法(DEVSS)/迎风流线方法(SU)解决黏弹性流体流动过程中的对流占优问题以及缺少椭圆算子的问题,进而用基于有限增量微积分(FIC)方法的压力稳定型分步算法求解质量守恒方程、动量守恒方程,对低...     

方柱绕流中聚乙烯熔体流变行为的数值模拟

采用了DCPP和S-MDCPP两种模型分别描述低密度聚乙烯熔体的本构行为。在迭代分步算法中引入了改进的有限增量微积分(FIC)法,并采用离散的弹性黏性应力分裂技术(DEVSS)/迎风流线(SU)法解决黏弹性流动分析中的对流占优问题。讨论了S-MDCPP模型预测的速度、压力及主链拉伸分布随Weissenberg(Wi)数的变化。结果表明,两种模型预测的速度、主应力差等色条纹和主链拉伸分布吻合较好;随Wi的增大,速度及压力均增大。     

不锈钢内压直管棘轮效应模拟研究

采用有限元软件ANSYS对Z2CN18.10不锈钢直管棘轮效应进行模拟研究。将OW-Ⅱ塑性本构模型和CJK模型以子程序的方式嵌入ANSYS软件中并结合软件自带的Chaboche模型进行棘轮效应模拟。通过模拟结果与试验结果的对比发现:多轴系数的引入使CJK模型对多轴棘轮效应的模拟效果最为理想。通过模拟还发现拉伸轴向载荷可以降低直管环向的棘轮效应。     

温度对胎面材料压缩力学性能影响规律研究

环境温度对轮胎胎面材料力学性能有重要影响,它直接影响接地性能。为获取不同温度下胎面橡胶材料的压缩力学性能,进行了准静态单轴压缩实验。基于此,获取不同温度、不同速度下的应力-应变关系,揭示温度及应变率对其压缩力学性能的影响规律。采用Mooney-Rivlin本构模型来表征胎面橡胶压缩荷载下的力学行为。结果表明,在低应变率时应变率的影响不明显;在20-90℃温度范围内,随着温度的升高,橡胶压缩模量减小。Mooney-Rivlin本构模型拟合与实验结果相符,它为不同温度下胎面橡胶压缩性能分析奠定理论基础。     

圆柱形橡胶试样压缩变形有限元分析的超弹性本构方程对比研究

采用有限元分析方法预测圆柱形橡胶试样的压缩变形,并与试验数据进行对比,判断不同本构方程的计算精度。结果表明:对于应力-应变试验,仅采用单轴拉伸(UT)试验数据拟合本构方程时,不能单纯依赖拟合精度判断本构方程的优劣;同时采用UT、平面拉伸(PT)和等双轴拉伸(ET)试验数据拟合本构方程时,整体计算精度大幅提升,且可依据拟合精度判断超弹性本构方程的优劣。对于超弹性本构方程,若提供UT,PT和ET试验数据,宜选用拟合精度高的O_Ni,P_Ni,VdW,Marlow等方程;而在仅有UT数据的情况下,则宜选用RP_Ni,AB,Marlow等方程。     

BFRP筋碱激发混凝土粘结性能试验研究与数值模拟

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)碱激发混凝土为海洋环境下混凝土的耐久性提供安全保障。在其中心拉拔试验的基础上,采用分离式模型,运用ABAQUS有限元软件进行粘结滑移性能数值模拟与分析。通过试验数据,得出适用于BFRP筋碱激发混凝土的粘结滑移本构模型以及碱激发混凝土的塑性损伤模型,构建了基于非线性弹簧单元的数值模型,试验结果与计算结果吻合程度较好,验证了模型的准确性。试验与模拟结果表明:粘结长度为2.5d、5d(d为BFRP筋直径)的试件均发生筋材拔出破坏,粘结长度为10d的试件均发生劈裂破坏;BFRP筋与碱激发混凝土之间的粘结应力分布并不均匀,随着粘结长度和筋材直径的增大,极限粘结强度逐渐减小;当BFRP筋直径d=12 mm,粘结长度为2.5d、5d和10d的碱激发混凝土试块极限粘结强度分别为13.92 MPa、13.56 MPa和12.60 MPa,较相同粘结长度的普通混凝土试件,其极限粘结强度分别提高6.58%、10.97%和9.76%。     

高密度聚乙烯单轴拉伸力学性能及本构关系研究

利用万能试验机对高密度聚乙烯（PE-HD）进行了单轴拉伸试验,并选取了有效数据进行分析,得到了PE-HD的应力应变曲线,并利用Sherwood-Frost本构模型研究了PE-HD单轴拉伸的力学行为。结果表明,PE-HD的力学性能表现为明显的应变率相关性,屈服应力随着应变率的增大而提高,且屈服应力表现为应变率对数的线性关系; Sherwood-Frost本构模型能较好地描述PE-HD的力学特性。     

水力旋流器流动特性的数值模拟研究

本文采用双流体模型以及RSM雷诺应力湍流模型,以油水混合液为介质,对水力旋流器的油水分离过程进行模拟。研究结果表明:旋流腔为预分离段,使油水两相粒子达到径向上的规律性分布,起到主要分离作用的是锥段,使油水两相分别从不同的出口排出。通过改变水力旋流器的入口段角度,分析入口角度变化为旋流器分离效率的影响,结果表明:旋流器的入口角度对分离性能的影响不可忽略,当β=0°和β=45°时分离效率较高,当β=60°时分离效率最低。     

板翅式换热器夹层结构等效模型研究及数值分析

依据薄板小挠度弯曲变形理论和正交各向异性夹层板弯曲变形理论,对板翅式换热器这种特定的金属夹层结构进行等效模型研究,通过建立有限元等效模型的方法研究板翅式换热器的力学参数。使用有限元前处理软件Patran对换热器夹层结构进行几何简化并独立成具有代表性的胞元,在多种边界条件下,提取胞元的应变分量和弯曲内力。结合夹层板应力与应变的本构关系计算刚度矩阵,从而求出宏观等效弹性常数。通过该方法可以将板翅式换热器夹层板等效成连续材料的单层板单元,最后将等效计算模型的力学参数用于板翅式换热器的模态分析,并与模态实验分析结果进行对比,验证等效分析方法的合理性和有效性。     

韧脆转变区夏比冲击试验的数值模拟研究

对16MnR钢在韧脆转变区进行了夏比冲击试验,利用有限元分析软件ABAQUS考虑了冲击过程中高应变率对基体材料的强化效应,并耦合延性损伤GTN模型对转变区的夏比冲击试验进行了数值模拟研究。对比试样断面上的延性裂纹扩展长度发现,GTN模型的预测结果是可接受的。通过有限元模拟获得了试样在冲击过程中各时刻的力学场,研究了在延性裂纹扩展过程中裂纹尖端应力应变场的变化规律和应变率分布规律。模拟分离得到夏比冲击功AKV包含的各部分能量,发现在冲击过程中塑性功消耗占绝大部分。     

板-泡式换热器传热及阻力特性数值模拟

开孔泡沫金属由于其复杂的三维网状结构,当流体通过时会发生非线性扰动,湍流程度增强,使得泡沫金属和流体之间发生强迫对流换热,基于开孔泡沫金属能强化传热的特性开发了高效紧凑的板-泡式换热器。利用FLUENT多孔介质模型对板-泡式换热器的传热及阻力特性进行数值模拟。研究结果表明:在导热隔板间填充铝泡沫金属,换热器的传热效率明显提高;在相同速度下,换热效率随孔隙率的增大而减小;努塞尔数随着流道高度的增加而增大,且随着雷诺数的增大,其影响越来越明显。同时以数值计算结果为基础,拟合得到400Re4 000范围内努塞尔数以及阻力系数准则关系式。研究结果可为板-泡式换热器的结构优化和设计制造紧凑换热设备提供参考。     

空孔对岩石爆破裂纹扩展的影响数值模拟研究

为研究空孔对爆破荷载作用下岩石裂纹扩展的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对白云石大理岩模型进行爆破裂纹扩展过程数值模拟研究,结果表明：爆炸应力波的最大应力峰值为64.98 MPa,随后应力波呈振荡变化直至模型断裂;爆破裂纹扩展速度呈周期性变化,随着距离的增大而衰减;空孔对裂纹成缝具有导向作用,空孔附近出现应力集中现象,装药孔爆炸应力波传播至空孔产生了反射拉伸应力波和绕射应力波,促进了裂纹扩展,最终使裂纹贯通。