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...     

金属切削变形常用本构模型研究进展

金属切削变形过程具有高温、高应变率和较大变形的特点。材料的本构关系是用来描述温度、应力、应变等与时间的关系,因此,确定切削区工件材料的本构关系是研究金属材料切削变形及其有限元仿真的关键。本文给出了金属切削本构模型的几种试验方法,介绍了金属切削仿真中常用的本构模型,总结了金属切削领域中本构模型研究存在的不足及未来发展趋势。     

承载面积对金属橡胶材料本构有关系的影响

通过对空心圆柱形金属橡胶材料试件做静态试验并对试验数据进行拟合,得到了非线性本构关系模型中各系数与材料承载面积的变化关系式,从而实现了对金属橡胶材料在密度和高度一定、承载面积发生变化情况下的非线性本构关系的预估.算例验证表明,运用金属橡胶材料非线性本构关系的各系数和材料承载面积的关系式,可较为准确地预估材料的非线性本构关系.     

金属橡胶恢复力的迟滞模型研究

依据金属橡胶变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行了分析。提出了基于变长度曲梁的细观结构单元和接触作用模型,考虑摩擦接触点分布规律,建立了金属橡胶恢复力的迟滞模型,实现了金属橡胶在不同变形幅值下的加卸载恢复力的预测。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行了试验验证,发现理论计算结果和试验结果有较好的一致性。     

金属切削变形本构方程的研究

金属切削过程的本构关系与应变、应变率、温度等多种因素有关,建立切削变形区内工件材料的本构方程是研究切削变形的关键。本文在文献综述的基础上,首先给出金属切削本构方程的试验研究方法,然后给出金属切削工件材料的典型本构方程,并给出Usui本构方程中不同工件材料的特性系数,以及同一工件材料AISI52100(HRC62)的不同本构方程。经对比分析可见,金属切削过程中变形区内的应力—应变关系除与试验方法、切削条件有关外,还与工件材料的组分和微观晶格结构密切相关。本文最后分析了金属切削变形本构方程研究中存在的问题,并指出发展趋势。     

金属橡胶非成形方向迟滞特性力学模型研究

金属橡胶是一种各向异性材料,其非成形方向与成形方向的力学特性存在显著不同。依据金属橡胶非成形方向变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析,揭示金属橡胶非成形方向变形的细观物理机制。结合螺旋卷的弹性变形特征和金属橡胶内部摩擦力接触点分布规律,建立金属橡胶非成形方向的力学模型,实现不同预变形下金属橡胶加载和卸载过程迟滞力学特性的预测。该模型包含金属丝直径和弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数,从理论上解释金属橡胶非成形方向的弹性特性和多点接触的干摩擦特性产生的机理。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,发现理论计算和试验结果有较好的一致性,为分析和预测金属橡胶非成形方向的刚度和阻尼提供理论依据。     

隔振橡胶材料超弹性本构模型适用性研究

填充橡胶材料在工程减隔振结构中广泛应用,对其超弹性力学特性的准确模拟对工程结构的服役性能准确预测至关重要。针对一种隔振橡胶材料试样进行了单轴拉伸(UT)、单轴压缩(UC)和简单剪切(SS)试验等3种基本材料力学试验,对其超弹性力学行为进行了表征,讨论了在3种力学试验数据不全的情况下4种常用超弹性本构模型预测其他变形模式的能力,并提出了3个误差评价指标和1个拟合优度系数R来评价拟合精度。最后,根据研究结果,讨论了不同试验条件下超弹性材料本构模型的适用性并给出了选择建议。     

橡胶波形发生器材料本构模型有限元仿真及试验研究

通过橡胶试件的拉伸、压缩试验,得出了两种硬度橡胶材料的应力-应变关系;建立两种硬度橡胶波形发生器的有限元模型,分别施加18 kN和28 kN的载荷,得到了采用不同本构模型的最大静态变形量及静态刚度;进行实物试验,并将有限元仿真结果与实物试验结果对比.研究表明:Arruda-Boyce模型相对误差最小,Van der Waals模型相对误差最大.     

金属橡胶材料疲劳损伤性能研究

对设计制作的固支圆盘形金属橡胶构件进行疲劳损伤特性试验研究,对其疲劳损伤性能的分析表明金属橡胶材料的疲劳破坏不同于实体材料,它不会发生突然断裂失效,其疲劳破坏形式主要是其内部的金属丝产生局部断裂、破碎和磨损,从而在构件内部产生累积损伤,宏观上表现为承载能力和耗能性能不断衰减;通过对其内部金属丝两种典型勾连结构耗能方式随振动周期变化情况的分析,揭示金属橡胶材料疲劳损伤机理主要是其内部勾连结构滑移挤压方式的不同及金属丝间的微动摩擦、磨损及断裂;用刚度损伤和阻尼损伤描述金属橡胶的疲劳损伤过程,并提出综合损伤因子D作为金属橡胶疲劳失效判据。     

基于梯形锯齿切屑的切削法构建GH2136合金本构模型

基于梯形锯齿切屑的切削模型,使用准静态压缩实验和正交切削实验相结合的方法,构建了能够描述铁基高温合金GH2136切削加工过程的Johnson-Cook材料本构模型。该模型的应变及应变率范围远高于常规分离式霍普金森压杆实验(Split Hopkinson Pressure Bar,SPHB)方法所能达到的范围,大大地提高了模型在切削加工仿真中的准确度。在专业的切削仿真软件Advant Edge(AE) FEM中应用新建立的Johnson-Cook材料本构模型进行正交切削仿真,将仿真结果同实验法得到的结果进行对比,验证了模型的准确性。     

金属橡胶材料隔振特性研究

主要建立了金属橡胶材料的力学模型 ,重点研究了系统特征参数与结构物理参数、环境参数之间的关系 ,并通过系统的参数识别与前人经验相结合 ,得到了在减振结构确定情况下具有最佳减振效果的金属橡胶材料质量占空比参数 ,为各种金属橡胶材料减振器件快速、简便制作提供了理论与实验依据     

基于新型梁单元模型的薄壁弯梁耐撞性优化

以矩形截面Z型薄壁弯梁为例,引入新型梁单元参数化模型建模方法,通过对薄壁梁进行碰撞分析提取了塑性铰的弯曲刚度特性曲线,将参数化后的弯曲刚度特性曲线赋予梁单元简化模型,实现了梁单元模型对壳单元模型的等效替代。在此基础上,应用均匀拉丁方试验设计方法,选取一定数量的参数样本点,建立了设计变量与弯曲刚度曲线参数之间的响应面近似模型,并采用连续二次规划的优化算法对梁单元模型进行了耐撞性优化。结果表明,采用新型梁单元简化模型代替详细的壳单元模型进行优化分析是可行的。     

基于各向异性的Galfenol复合悬臂梁三维非线性耦合模型

通过Maxwell方程研究动态条件下三维驱动磁场的非线性分布,利用弱解式方程将Galfenol合金本征非线性模型与复合悬臂梁结构模型进行耦合,得到基于各向异性的悬臂梁磁机耦合非线性模型。模型仿真结果表明,磁感应强度最大的位置出现在靠近悬臂梁固定端的一侧,悬臂梁机械应变的分布结果与磁感应强度类似。分别利用非周期阶跃信号和周期正弦信号对复合悬臂梁进行试验研究。结果表明,所建立的三维非线性耦合模型可以较好地预测试验数据中的死区部分、线性区间以及饱和区间,由于柔性结构中存在的次谐波扰动,阶跃响应中试验曲线出现小幅波动现象,模型可以较好捕捉试验结果中出现的次谐波扰动特征。     

振幅对金属橡胶材料疲劳寿命的影响分析

对设计制作的固支圆盘形金属橡胶试件进行了疲劳试验,研究了振幅对金属橡胶材料疲劳寿命的影响。提出了割线刚度和等效黏性阻尼系数两个疲劳参数,分析了疲劳加载过程中承载能力和耗能能力随振动周次的变化趋势,并以疲劳参数为基础建立了金属橡胶材料疲劳损伤与振动周次的数学模型。结果表明,小振幅的初始稳定加载有助于改善金属丝线的力学特性,提高金属橡胶材料的承载能力和耗能能力,而振幅的增大会导致金属橡胶材料疲劳寿命的迅速缩短。     

金属橡胶材料的研究综述

比较了金属橡胶与传统橡胶的特性,突出了金属橡胶的优点,描述了金属橡胶制备工艺的基本状况以及性能研究,指出了我国在金属橡胶的研究进展以及应用,最后提出了目前存在的问题及研究方向。     

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。     

基于全局优化算法的超塑性本构模型参数的识别

考虑晶粒长大的超塑性本构模型能否成功模拟成形过程依赖于参数选取的好坏,由于该模型涉及多个物理过程且每个过程都很难同其他过程区别开来,同时模型中包含多个材料参数,因此很难通过试验直接识别模型中的材料参数。模型中材料参数通过反分析方法进行。给出需要识别参数的超塑性本构模型,以使晶粒尺寸—时间关系和应力—应变关系计算值和试验值差值的加权平方和最小化为目标,构造目标函数;基于参数物理意义和数值结果给出参数取值范围。基于目标函数特性构造一全局优化算法,该算法吸收遗传算法能进行全局搜索的优点和Levenberg-Marquardt算法和增广Gauss-Newton算法收敛速度比较快的优点。针对某些参数取值范围比较大的特点,设计出同时使用指数编码和传统实型编码的混合编码的遗传算子。最后以Ti-6Al-4V为例,应用构造的算法识别超塑性本构模型中的材料参数,计算结果和试验结果符合较好。