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。     

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。     

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.     

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.     

高聚物材料动态本构关系对PP/PA共混物的应用研究

用霍布金森实验技术(SHPB)研究了两种PP/PA共混高聚物材料在高应变率(102～103s-1)下的粘弹性力学行为.实验表明,PP/PA共混高聚物材料的动态应力-应变曲线能用一个简单实用的非线性粘弹性本构方程(ZWT方程)较好地表达;通过最小二乘法拟合了材料参数;在加载过程中,理论计算值与实验结果较吻合.     

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。     

求解一类非线性粘弹性问题的弹性回复对应原理

本文提出了一个全新的粘弹性理论体系,它把传统的线粘弹性理论作为特殊情况包括在内。其主要结果是两个用于求解一类物理非线性粘弹性问题的弹性回复对应原理。利用它,只要知道相应的非线性弹性问题的解,就可以求出非线性粘弹性问题的解答。对应原理不是基于本构关系的相似性,而是基于从粘弹性现时响应到瞬时弹性响应的可回复性^[1]。首先找到非线性粘弹性与非线性弹性本构关系之间的对应,然后导出了两个弹性回复对应原理。通过对改性聚丙烯材料的实验验证了该对应原理的正确性和对此类材料的实用性。     

《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。     

线性粘弹性本构方程及其动力学应用研究综述

综述了近年来线粘弹性材料本构方程的研究成果,介绍和讨论了复常数模量模型、标准流变学模型、分数阶导数模型、分数指数模型、微振子模型等典型和常用的五种模型,同时简单介绍了这些模型的动力学应用。     

蜂窝材料率相关本构模型及其在月球探测器中的应用研究

蜂窝材料是探测器缓冲装置中使用最多的缓冲介质之一,研究其力学特性对探测器缓冲器及上升器月面起飞稳定性设计具有重要意义。首先分析了蜂窝材料面内面外等效力学特性,在考虑蜂窝结构率相关特性的基础上,建立了蜂窝结构横观各向同性率相关本构模型;其次,基于有限元法编写了横观各向同性率相关本构模型用户子程序,并验证了其可靠性;最后,以四腿悬架式探测器为研究对象,研究了不同率敏感系数对探测器着陆过程的影响。结果表明：随着率相关系数的增加,缓冲器吸收的能量先增大再减小,当率相关系数为0.6时最大;探测器的最大冲击加速度一直增大,且当率相关系数较大时,最大冲击加速度增长速度较率相关系数较小时要大。     

蔗渣-淀粉发泡缓冲材料的本构方程及有限元仿真

目的研究蔗渣-淀粉发泡缓冲材料的缓冲性能,建立此类缓冲材料的本构方程,方便此类材料的应用。方法对不同密度的蔗渣-淀粉复合材料,在不同湿度和应变率条件下对其进行静态压缩试验,并在Sherwood-Frost本构模型的基础上加以扩展,加入湿度对应变的影响项,建立该复合材料的静态压缩本构方程。根据实验数据,采用Origin拟合的数学方法确定相关系数。以该静态压缩本构方程拟合出的应力-应变曲线作为材料特性载入Abaqus软件中,模拟淀粉-蔗渣纤维发泡缓冲材料并进行静态压缩试验仿真,得到仿真曲线,并与实际试验曲线进行对比。结果仿真实验与实际实验的数据误差较小,整体误差在10%以内。结论建立的静态压缩本构方程可以很好地表征该复合材料的缓冲性能,避免了设计缓冲衬垫时需要大量试验才能得到材料曲线的问题。     

麦秆发泡包装衬垫非线性粘弹性模型及参数识别

由非线性粘弹性材料的一维Volterra-Frecher积分型本构方程推导得出了非线性粘弹性材料的一维微分型本构方程,建立了麦秆发泡包装衬垫的非线性粘弹性模型。根据在一种跌落高度、一种衬垫厚度和静态应力条件下的麦秆发泡包装衬垫的动态压缩试验数据,识别出了其缓冲性能模型参数。     

Application of Galerkin Method to Dynamical Behavior of Viscoelastic Timoshenko Beam with Finite Deformation

The motion equations governing the dynamical behavior of a viscoelasticTimoshenko beam with finite deformation are derived and simplified byGalerkin method. The viscoelastic material is assumed to obey thethree-dimensional fractional derivative constitutive relation. Thedynamical behaviors of the simplified systems with order 1 and order 2are numerically computed and compared by using the computational methodpresented by the authors. The dynamical behaviors of the systems areuniform qualitatively, but there is a little deviation quantitatively.And the truncated system with order 1 is safer than the one of order 2.It is also shown that the lower order system is reasonable. Theinfluences of the load parameter and the fractional derivative parameter(material parameter) on the deflection of the beam are consideredrespectively. The numerical methods in nonlinear dynamics, such as phasediagram, and Poincaré section, are applied to reveal dynamical behaviorsof the nonlinear viscoelastic Timoshenko beam. There are plenty ofdynamical behaviors, such as periodicity, bifurcation, quasi-periodicityand chaos in the dynamical system.     

有限元在粘弹性细棒动力学参数反演中的应用

粘弹性材料具有良好的阻尼性能,在工程振动与噪声处理上的应用非常广泛。利用粘弹性材料进行阻尼结构设计并预测其动力学特性,需要知道准确的动力学参数。回顾粘弹性材料动力学参数测试的经典方法,并着重介绍共振法测试技术。研究共振法测试中细棒的动力学响应与动力学参数间的关系,在此基础上,基于共振法测试数据和有限元仿真,提出一种反演粘弹性材料动力学参数的新方法。首先根据幅值比反演出损耗因子,再根据共振频率反演出储能模量。通过具体算例验证可知,反演得出的动力学参数的相对误差均在4 % 以内,该反演方法不仅结果收敛、准确可靠且反演速度快,为在连续频率范围内的动力学参数反演奠定基础。     

Nonlinear Finite Element Analysis of Paper Movement in Air

1IntroductionWitl1thedevelopInentofsciencetuldtechnology,officeequipment,suchascopiersal1dpril1ters,havebeenbecomingindispensablet()olsinthepeople'sdailylifC.Butcoonol1lyencounteredfaultinrunningofficcequipment,paPerjaIn,isbringingaboutmuchtroubletotheusersandthelnakersofofficeequiplnent.AnalyzingtheworkprocessofofficeequipInent,wecanfil1dtliatthepaperalwaysbetransportedalongacomPlexpath-Duringthetransportatiol1,thepaPerisloadedonmanydifferentpositionswitl1diffeentfeedingforces.Ifthepathco…     

A Nonlinear Magneto-Mechanical Coupled Constitutive Model for the Magnetostrictive Material Galfenol

In order to predict the performance of magnetostrictive smart material and push its applications in engineering, it is necessary to build the constitutive relations for the magnetostrictive material Galfenol. For Galfenol rods under the action of the pre-stress and magnetic field along the axial direction, the one-dimensional nonlinear magneto-mechanical coupling constitutive model is proposed based on the elastic Gibbs free energy, where the Taylor expansion of the elastic Gibbs free energy is made to obtain the polynomial forms. And then the constitutive relations are derived by replacing the polynomial forms with the proper transcendental functions based on the microscopic magneto-mechanical coupling mechanism. From the perspective of microscopic mechanism, the nonlinear strain related to magnetic domain rotation results in magnetostrictive strain changing with the pre-stress among the elastic strains induced by the pre-stress. By comparison, the predicted stress-strain, magnetostrictive strain, magnetic induction and magnetization curves agreed well with experimental results under the different pre-stresses. The proposed model can describe not only the influences of pre-stress on magnetostrictive strain and magnetization curves, but also nonlinear magneto-mechanical coupling effect of magnetostrictive material systematically, such as the Young’s modulus varying with stress and magnetic field. In the proposed constitutive model, the key material constants are not chosen to obtain a good fit with the experimental data, but are measured directly by experiments, such as the saturation magnetization, saturation magnetostrictive coefficient, saturation Young’s modulus, linear magnetic susceptibility and so on. In addition, the forms of the new constitutive relations are simpler than the existing constitutive models. Therefore, this model could be applied conveniently in the engineering applications.     

复合材料层合板非线性系统随机振动的样条有限元分析

工程结构中的复合材料的几何参数往往具有随机性质,如何研究随机参数非线性系统的随机响应及统计特性,对结构的可靠性设计和优化设计有着非常重要的意义.应用摄动法、随机中心差分法和线化和校正法,建立了复合材料非线性系统的振动方程和计算模型,采用样条有限元法研究了复合材料层合板具有随机参数的非线性系统在确定性荷载下的随机响应,数值算例说明了本算法的正确性.     

基于有限元方法的瓦楞纸筒非线性屈曲分析

由于瓦楞纸的屈曲机理非常复杂,难以准确预测屈曲强度,利用非线性有限元的方法对某瓦楞纸筒进行了非线性屈曲分析,计算出了其极限承载能力,分析了影响其承载性能的主要因素。结果表明,采用非线性有限元方法对瓦楞纸包装结构进行屈曲分析是可行的,分析结果对瓦楞纸包装设计具有较好的参考价值。