细晶T2纯铜动态力学性能及本构模型

晶粒大小是影响多晶金属材料力学性能的重要因素之一,研究细晶T2纯铜在高温、高应变率下的动态力学性能并建立其本构模型对切削加工有着重要意义。通过电子力能测试仪进行T2纯铜试样准静态压缩试验,并利用霍普金森压杆装置完成了不同应变率和不同温度的动态压缩试验。试验结果表明,纯铜材料具有明显的应变强化效应和温度软化效应,其动态压缩下的强度高于准静态压缩,但在高应变率区域内,并无明显的应变率强化效应。基于Johnson-Cook本构模型得到了细晶T2纯铜本构方程参数,拟合曲线与试验结果吻合较好。     

橡胶隔振器静态特性计算方法研究

对橡胶试件进行了单轴拉伸、等双轴拉伸和平面拉伸试验,获得了试件在各种受力状态下的材料应力-应变关系曲线,应用最小二乘法拟合得到了不同橡胶超弹性本构模型的参数。利用这些模型参数,计算了某汽车动力总成橡胶隔振器X,Y和Z方向静刚度,并与试验结果进行了对比分析;利用不同应变状态下应力-应变数据拟合得到的模型参数,计算了橡胶隔振器的X,Y和Z方向静刚度。同时,还研究了Mullin效应和体积压缩变形对静刚度的影响。     

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J-C模型的GH907高温合金动态本构关系及失效关系

使用万能材料试验机、霍普金森拉杆和霍普金森压杆装置研究了航空发动机机匣材料GH907高温合金在常温下的准静态力学性能及20～400℃下的动态力学性能;基于试验结果,拟合得到Johnson-Cook(J-C)本构模型和失效模型参数,并对试验合金动态压缩过程进行模拟以验证本构模型参数的有效性.结果表明:常温下在0～3000 s-1应变速率范围内拉伸时,试验合金具有明显的应变速率效应,但是压缩时对应变速率不敏感;在20～400℃温度范围内,试验合金的软化效应明显;建立的J-C模型能够较为准确地预测该合金在不同温度和应变速率下的力学行为,试样几何尺寸和最大应力的仿真结果与试验结果的相对误差在2％以内.     

电子设备橡胶隔振器静动态特性分析方法研究

橡胶隔振器采用粘弹性阻尼材料进行振动、冲击防护与控制,传统做法是依靠大量的经验公式和试验数据进行试错设计,效率低,成本高.文中针对电子设备中橡胶隔振器的静动态特性分析方法问题,系统建立了一套基于非线性有限元方法的求解策略.以某型橡胶隔振器为例,获得了其静刚度、蠕变和松弛特性等静态特性以及迟滞回环、谐响应和冲击响应等动态特性,并对橡胶隔振器设计和选型中的2个关键参数(橡胶超弹性和匹配质量)进行了讨论,可供橡胶隔振器设计方法研究参考.     

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、多孔模型作误差对比分析.结果表明:与悬臂梁模型和多孔模型相比,简支梁模型与实验数据拟合误差更小,所以简支梁本构模型可以更好的反映金属橡胶的静态力学性能,同时该模型可以反映丝径、丝材、螺旋卷直径、相对密度等因素对金属橡胶非线性力学性能的的影响.     

冲击载荷下橡胶的力学性能研究

对半圆形橡胶垫进行准静态试验,基于一阶Ogden模型拟合准静态橡胶参数。对橡胶试件进行5个应变率下的单轴压缩试验,通过插值拟合编写考虑不同应变率橡胶材料参数的子程序。使用准静态橡胶参数和考虑不同应变率下橡胶参数分别对转向管柱进行落锤冲击仿真分析。结果表明:不同应变率下,橡胶参数能够准确地表现出橡胶材料在受到冲击载荷下的力学性能。     

钢丝绳橡胶输送带混合本构模型及动力学参数变化规律分析

钢丝绳橡胶输送带是由钢丝绳芯和橡胶覆盖层组成的复合材料,其动力学参数的确定是研究带式输送机动态特性的关键问题,首先提出由钢丝绳广义Maxwell模型和橡胶基体三元件固体模型并联组合得钢丝绳芯橡胶输送带的混合本构模型,采用粘弹性理论建立动应变作用下混合本构模型方程,推导应力解析解,再采用反演变换法建立本构动力学参数的辨识模型,然后对不同位移、频率加载条件下钢丝绳、橡胶基体进行了动态加载实验与本构模型参数识别,并采用多项式对参数进行了拟合,揭示了不同加载条件下动力学参数的变化规律,最后通过实验对动力学参数拟合公式的准确性进行了验证。     

负压空气隔振器非线性弹性特性研究

在对国内外低频隔振器分析研究的基础上,设计了基于负压空气和橡胶囊的全新低频隔振器,并对负压隔振原理做了定性分析。采用Mooney-Rivlin橡胶本构模型,建立了橡胶、帘线及负压空气流体腔的耦合有限元分析模型。进行了静态力学特性实验与仿真实验分析,得到了仿真计算与实测结果吻合较好的特性曲线,验证了有限元模型的正确性,同时研究了不同负压腔室压强大小下的特性曲线,最后给出了负压空气隔振器的动力学分析。结果表明,负压空气隔振器具有良好的低频隔振特性,该研究为低频隔振器的发展提供了新的思路。     

环形橡胶-硅油组合式减振器静态刚度特性研究

以环形橡胶-硅油组合式减振器为研究对象,通过ANSYS开展了其静态刚度特性研究。通过橡胶样件的单轴拉伸试验,基于试验数据拟合确定了多种橡胶超弹性本构模型参数。分别建立了减振器固体有限元模型和流体有限元模型,进行静态刚度仿真。通过试验机开展了该减振器静态刚度试验。对比分析静态仿真与静态试验,选取了Neo-Hookean超弹性本构模型,分析了橡胶外径、橡胶内径和硅油粘度对静态刚度的影响。研究结果为该减振器的应用提供了支持。     

考虑热力耦合的橡胶减振器阻尼特性

针对橡胶减振器在热力耦合减振过程中的温度和阻尼特性的变化进行分析,引入大应变黏弹性本构模型描述橡胶材料的非线性变形和黏弹性行为。对橡胶材料进行静态试验拟合得到超弹性本构模型系数,进行动态机械分析获得材料的储能模量时程曲线和损耗因子时程曲线并拟合得到Prony级数系数。假设生热率为非弹性变形产生的能量,对模型施加边界条件和热对流边界,基于热力耦合理论对有限元模型进行分析。结果显示:模型中心温度最高,并由中心向边缘逐渐降低;不同频率下的表面温度与试验值较为接近。由于非弹性效应橡胶减振器结构动刚度和损耗因子均有损失。初始耗散能随频率增大而明显增大,随温度升高缓慢减小;最终耗散能对频率和温度变化不敏感,趋于稳定。     

0Cr18Ni9不锈钢本构模型及其对切削力预测影响分析

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对经过1100℃固溶处理后的0Cr18Ni9不锈钢的静态力学性能和动态力学性能进行了测量,用Johnson-Cook模型拟合了材料的本构关系,用正交切削实验识别了Johnson-Cook模型材料参数。将SHPB实验和切削实验两种方法得到的Johnson-Cook材料模型应用于切削力的预测,分析了不同实验方法得到的材料模型在切削力的预测中的适用性,为不锈钢切削研究中的分析模型和数值计算中的材料流动应力模型选择提供参考。     

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。     

基于虚拟制备的金属橡胶各向异性本构特性研究

金属橡胶是一种各向异性的多孔材料,其本构特性常靠人工经验或试验获得,内部复杂的螺旋网状结构无法通过测试手段弄清机理。为此,运用虚拟制备技术与数值动态重构等手段,深入探究金属橡胶内部空间几何拓扑结构和弹簧微元间接触摩擦机理,结合扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）中材料的微观形态进一步解释金属橡胶在宏观上的各向异性力学行为。通过引入弹簧微元组合概率分布以及空间局域性孔隙分布的概念,有效表征金属橡胶材料内部弹簧微元无序式网格互穿结构。充分考虑金属橡胶细观上的空间拓扑结构与微观摩擦机理参量,以及包含了材料形状、相对密度、金属丝直径、螺旋卷螺距、金属丝弹性模量等宏观制备参数,构建能够反映金属橡胶细观结构特征与宏观性能相一致的各向异性本构模型。通过与材料准静态压缩试验结果对比分析,采用残差分析定量验证。结果表明,提出的金属橡胶各向异性的本构模型,能够有效地反映与预测金属橡胶材料的复杂各向异性力学行为,为材料的深入研究与应用普及提供一定的理论指导。     

TC4-DT钛合金材料动态力学性能及其本构模型

利用同步组装的高温分离式Hopkinson压杆试验装置,对TC4-DT钛合金材料分别进行了常温下不同应变率（930~9700s-1）和应变率为5000s-1时不同温度下（20~800℃）的动态力学性能测试,获得了各种冲击载荷下的应力-应变曲线。试验数据表明,TC4-DT材料具有应变率增塑效应且存在着临界应变率值,当应变率高于此值时应变率敏感性增强明显,此外随着材料加热温度的升高,软化效应减弱。利用试验所得的数据拟合了基于Power-Law和Johnson-Cook两种热-黏塑性本构方程且获得这两种动态本构模型参数,并将所得的两种拟合曲线与试验所得数据进行对比分析,结果表明两曲线吻合度都较好,此外还对这两种曲线的拟合精度进行对比,对比结果表明两种模型的拟合误差相差不大,但是Power-Law模型拟合精度要略优于Johnson-Cook模型的拟合精度。     

4Cr5MoSiV1热作模具钢的热变形行为与热加工图

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对4Cr5MoSiV1热作模具钢进行单道次等温压缩试验,研究了其在变形温度750～1050℃,应变速率0.001～0.1 s-1条件下的热变形行为,并观察变形后的显微组织;根据试验得到的真应力-真应变曲线,构建了0.3真应变下的Arrhenius高温本构模型,并在动态材料模型基...     

A viscoelastic analysis of the tensile weakening of deep femoral head articular cartilage

Articular cartilage from below the surface of the femoral head of the hip joint shows a profound age-dependent weakening in its tensile mechanical properties. This ageing is also associated with a reduced viscoelastic response in the older tissue. A constitutive model of the viscoelastic behaviour of deep articular cartilage (as discussed by Egan in 1988) is used to generate a graphical pattern which represents the mechanical behaviour. This constitutive approach suggests that the tensile weakening of the older cartilage is due to an age-related reduction in the recruitment of load-carrying structures as the tissue is deformed. The viscoelastic constitutive model also predicts a reduction in the tensile strength of deep articular cartilage with rate of deformation. This prediction is supported by experimental fracture stress data. A weakening of the tensile integrity of the microstructure of articular cartilage could make the tissue less able to sustain normal compressive physiological loading without damage and thus make the tissue more susceptible to osteoarthritic degeneration. The constitutive approach indicates that the weakening of the older tissue may be related to changes within the microstructure which determine how applied mechanical energy is stored and dissipated.     

橡胶减振器动刚度有限元数值预测方法研究

提出了一种基于有限元的橡胶减振器动刚度预测方法,对方法中的材料本构模型、有限元模型、动刚度预测流程进行了分析和研究。利用此方法对某惯导减振器进行预测,获得减振器动刚度和阻尼值,代入单自由度分析模型后预报出的动响应结果与试验结果基本一致。用该方法能捕捉到由于减振器刚度变化而引入的高频率共振峰,表明该方法具有更高的精度。     

列车车体SUS301L-HT不锈钢动态力学性能及其对结构吸能特性的影响

对SUS301L-HT不锈钢材料分别进行了准静态拉伸试验和动态冲击拉伸试验,以获得不同应变率下的材料本构关系。为准确地描述SUS301L-HT不锈钢材料的动态力学性能,采用了列表插值法,并通过对比有限元对标和试验数据来验证该方法的可靠性。以典型薄壁吸能结构为载体,采用2种材料参数,对比分析了SUS301L-HT不锈钢材料的动态力学性能对结构吸能特性的影响。研究结果表明：SUS301L-HT不锈钢具有明显的应变率强化效应,随着应变率的增大,材料的塑性硬化能力降低,表现出明显的温度软化效应;列表插值法相比动态本构模型能更好地描述SUS301L-HT不锈钢的动态力学性能,且采用列表插值法得到的结果与试验结果、有限元结果均有良好的一致性;列车碰撞的应变率属于中低应变率范围,对于SUS301L-HT不锈钢制成的车体吸能结构,考虑应变率效应的结构的实际吸能量要比不考虑应变率效应的相同结构的吸能量高,但初始峰值力相对较大。