孔隙固体超弹性本构模型与应用

油气井封固、核废料填埋与浅层地热能利用等问题是能源岩土领域的研究热点。土体、岩石、混凝土材料的多场耦合本构模型理论是这些研究热点问题的核心所在。传统固体弹塑性力学、岩土力学与孔隙固体力学理论相比,由于其基本假设或构建手段的局限性,其关于岩石与混凝土材料的变形计算往往会产生较大误差,且理论扩展性不强。该文分别从饱和岩土力学理论、经典Biot孔隙弹性力学理论出发,阐述其在孔隙固体材料本构理论的相关研究工作,并进行梳理与对比;其后运用严格物理热力学理论框架,建立孔隙固体材料的超弹性本构模型;最后针对石灰石与水泥石的既有试验数据,验证孔隙固体超弹性本构模型的有效性。     

单向复合材料横向裂纹黏弹性损伤演化模型

建立一个考虑基体黏弹性的纤维增强聚合物单向复合材料在产生横向裂纹时的损伤演化模型,有效地预测了单向复合材料横向拉伸行为。假设呈现威布尔分布的缺陷会在变形的驱动下演化为损伤,并以此为基础建立了单向复合材料横向损伤演化模型。通过此模型,时间-温度叠加原理(TTSP)得到了更具有物理基础的解释。最后,通过具体例子阐述了此模型的应用,并通过试验对模型预测结果进行了验证。本模型有效地预测了单向复合材料横向拉伸行为。由于单向复合材料横向性能存在脆性,此模型还无法准确预测失效和强度。     

橡胶材料的非线性黏弹性本构方程

橡胶是一种非线性黏弹性材料,准确描述其非线性黏弹性力学响应的本构方程是橡胶材料及制品设计优化的关键。文中基于超弹性模型和并行流变模型(PRF)描述了橡胶材料的非线性黏弹性响应特征,重点探讨了由实验数据确定PRF本构方程材料参数的方法。首先通过单轴拉伸实验数据拟合得到超弹性模型,将应力松弛实验数据拟合得到表征材料线性黏弹性的模型-Prony级数,再将Prony级数转化为初始的PRF模型,进而不断优化得到PRF模型的准确材料参数,最后进行实验验证。结果表明,PRF模型计算的不同应变下的应力松弛数据与实验数据之间的误差仅为0.067%,PRF能准确地描述橡胶材料非线性响应的应力松弛行为。     

冲击压缩下准脆性材料含微裂纹损伤的本构模型

基于准脆性材料中翼型拉伸裂纹的成核准则,运用细观损伤理论推导了翼型裂纹损伤对材料弹性模量的弱化作用.考虑裂纹扩展对材料动态断裂的滞后效应,建立了动态裂纹扩展准则,并给出损伤演化方程,在此基础上建立了准脆性材料单轴冲击压缩下的动态损伤本构模型.结合氧化铝陶瓷材料独特的力学响应和破坏特性,讨论了模型中微裂纹成核参数、微裂纹尺寸对动态断裂强度的影响,并用该模型计算了单轴压缩下氧化铝陶瓷的应力应变曲线,数值结果与实验结果吻合良好.     

基于非线性黏弹性本构模型的轮胎滚动和生热

轮胎的滚动阻力和自生热是造成轮胎失效的原因之一,轮胎内部能量的产生主要取决于轮胎中橡胶材料的黏弹性能量耗散。文中基于超弹性模型和并行流变模型(PRF)描述了橡胶材料的非线性黏弹性响应特征,提出了一种预测实心轮胎温度分布和滚动阻力的方法。首先将线性黏弹性Prony级数转化为PRF模型的初始参数,并利用Isight软件根据多应变工况加载得到的应力松弛测试数据来校准材料参数,然后采用显式-热力耦合分析方法分析基于Prony级数和PRF模型的实心轮胎滚动过程的差异。结果表明,Prony级数无法描述橡胶材料的非线性行为,在显式动力学下计算的轮胎生热结果为0;PRF模型可以表征橡胶材料的非线性行为,并且计算的轮胎模型在0.3 s内温度上升了0.14℃。     

高水头闸门止水材料超弹性与黏弹性本构研究

首先针对闸门止水橡胶的超弹性能对其数值分析起决定性作用.根据止水橡胶单双轴拉伸和纯剪切实验,得到了其名义应力应变曲线;对通用的橡胶本构模型进行了系统的对比与分析,给出了在实验数据齐全和不全情况下,止水橡胶数值仿真最优本构模型;其次采用不同的橡胶黏弹性本构模型,通过对某超高坝底孔闸门止水有限元计算,得出止水应力松弛失效时间,通过与闸门实际运行资料对比,得出burgers本构模型是最合理的;改变了以往设计阶段采用标准线性固体模型来预测止水失效时间的做法。该研究为止水的生产设计提供了系统的参考,具有较高的理论意义与实用价值。     

含微裂纹夹杂多向纤维复合材料的损伤及本构关系

利用细观力学的Ｅｓｈｅｌｂｙ和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论，考虑纤维和筒 裂纹之间的相互作用，研究了材料内部微裂纹的损伤演化规律及其材料力学性能的影响，导出了基本体开裂的 条件及多向复合材料的细观本构关系。     

基于黏弹性本构模型的热固性树脂基复合材料固化变形数值仿真模型

针对热固性树脂基复合材料热压罐成型工艺过程,采用广义Maxwell(麦克斯韦)黏弹性本构模型建立了残余应力和固化变形的三维模型。模型考虑了复合材料固化过程中的热-化学效应、材料的热胀冷缩效应、基体树脂黏弹性效应以及材料的各向异性。通过与文献中实验结果的比较,证明了所建立的模型具有较高的可靠性。对复合材料C型制件的固化过程进行了数值模拟和实验对比,比对结果表明该数值模型具有较高的准确性。     

基于Exp-ln模型与广义黏弹性理论的橡胶本构模型及其应用研究

提出了一种描述橡胶材料不同应变率下力学响应的黏超弹本构模型。首先,利用Instron实验机和SHTB实验装置,开展橡胶材料单轴拉伸实验;其次,结合Exp-ln超弹性本构模型和广义黏弹性方法,建立了橡胶材料黏超弹本构模型;再次,推导本构模型三维增量格式,编写了用户子程序(VUMAT),验证了本构模型的一维和三维有效性;最后,建立橡胶底座冲击附加载荷计算数值模型,并将冲击附加载荷实验与数值仿真进行对比验证。结果表明:单轴拉伸实验与数值解吻合较好,冲击附加载荷实验值与仿真值误差约为7%,验证了黏超弹本构模型的正确性。     

一种修正的混凝土弹性损伤本构模型及其应用

混凝土弹性损伤本构模型的模型参数少、标定简单、计算效率较高,适于工程应用。Faria和Oliver等人所提出的混凝土损伤模型,体现了混凝土弹性损伤本构模型的上述优点,但原模型对反复荷载作用下混凝土刚度恢复效应描述欠佳。针对此不足,该文做了修正。并以ABAQUS为平台编制了材料模型子程序UMAT。应用修正的模型对几个典型...