各向异性铜双晶晶界应力与晶界形变分析

基于晶体滑移理论和率相关的晶体滑移有限元程序, 对压缩面力作用下的各向异性铜双晶晶界平面处应力场进行了计算, 对晶界附近应力变化与晶粒滑移变形进行了分析;根据梁变形理论, 对垂直晶界的周期性扭曲变形和周期法向应力进行了理论分析和推导说明.结果表明:在晶界处存在较大的应力梯度和应力集中现象, 晶粒的取向对晶界面的应力分布有很大的影响, 晶粒的滑移变形是从部分区域先行开动.     

陶瓷材料高温蠕变行为研究

含有晶界玻璃相的陶瓷防热材料的高温蠕变行为主要包括晶界孔洞的成核及扩展,晶粒的滑移是控制晶界孔洞扩展的主要因素,决定了孔洞的扩展速率及扩展到完整晶界所需要的时间.建立了一个基于晶界滑移条件下单个及多个晶界孔洞扩展的模型,通过计算,给出了单个孔洞扩展的临界应力及扩展到完整晶界尺寸需要的时间,分析了在一个晶界上分别含有三晶孔洞和双晶孔洞时孔洞扩展的模式,讨论了两个孔洞在扩展过程中的相互影响,比较了前后两个孔洞在晶粒滑移条件下的扩展速率,并通过算例获得了前后两个孔洞连通与扩展同时完成的临界位置.定性及半定量的给出了晶粒滑移对蠕变陶瓷晶界孔洞扩展的影响,为计算晶界孔洞扩展到一个完整晶粒尺寸所需要时间奠定了理论基础.     

Cu三晶体中各晶粒滑移系上切应力分析

采用有限单元法计算三晶体在单向拉伸载荷作用下弹性阶段的应力场,分析了三晶体中各晶粒主滑移系上的切应力分布,计算结果表明,当晶界平行于加载轴时,该晶界对其两侧晶粒有很明显的作用,较大程度的改变晶粒滑移系的形式,而且作用程度要超过三晶交点的作用,倾斜晶界则没有明显的作用．     

晶粒间界能量的计算

在晶粒间界由于原子的不齐称排列,存在着一定的空隙。这种晶界空隙随相邻晶粒的取向差而改变。计算表明单位面积晶界空隙的体积与晶界面积无关。藉晶界空隙和固体状态方程,求出晶粒间界的能量。计算结果中,Cu 和 Pb 的晶界能量的绝对值,以及 Cu 和 Pb 的晶界能量与取向差的关系均同实验符合。另外,对大角晶界能量的恒定性作了初步的解释。     

无取向硅钢晶粒与晶界特征的EBSD分析

借助电子背散射衍射（EBSD）技术测量和计算了无取向硅钢再结晶退火后再结晶百分比、晶粒尺寸、取向差分布等参数,分析了再结晶退火温度对无取向硅钢晶粒大小、微观取向和耐蚀性的影响。结果表明,3个温度（810、840、880℃）下退火3 min后,再结晶均充分完成。随着退火温度的升高,再结晶晶粒尺寸长大。拥有{100}面织构的晶粒比其他取向晶粒具有更好的耐蚀性,侵蚀后晶粒凸出于试样表面。880℃退火后的小尺寸晶粒周围多为小角度晶界,不易迁移,不易被侵蚀。     

PMAl—Li合金高应变速率超塑变形过程中的孔洞行为

用扫描电子显微镜及拉伸试验研究了ＰＡＭＡｌ－Ｌｉ合金高应变速率超塑型变形过程中孔洞的形核，长大及其影响因素，结果表明，孔洞主要有三角晶界和晶界突起处形核，其篚由周围的塑性变形控制，随应变速率的提高，孔洞的形核率和篚速率增加随变形温度的升高，孔洞的长大速率增加，材料对孔洞容纳性提高。     

单晶体微观层次变形率相关性的分析

在分析金属晶体材料的微观层次的应力－应变关系时，将滑移引入到本构关系中，考虑了变形的率相关性，引入了新的硬化规律和硬化函数，采用三维模型进行了有限元分析，使计算结果与实验结果更加接近，并且计算了率相关系数的变化对不同取向的单晶体的应力－应变关系的影响。     

晶粒长大过程微观组织演变Monte Carlo方法模拟

Monte Carlo模拟方法中采用了结点再取向“择优转换原则”，并用线性Turnbull动力学晶界移动速率公式概率形式确定结点取向转换概率，对晶粒长大过程进行长时间的模拟．模拟的组织变化图像与实际材料的正常晶粒长大组织完全一致；长大过程分为不稳定和稳定两个阶段，稳定阶段晶粒长大指数n达到了理论值0．5；在完整的晶粒长大过程中，晶粒尺寸分布并不具有严格的自相似性，系由不稳定长大阶段的对数正态分布（Lognormal）向稳定阶段的伽马（Gamma）分布变化。     

预制构件运输全过程受力研究

装配式建筑一大特点是增加构件运输环节，而构件较大时，在运输过程中容易造成损坏。针对装配式建筑中常用的不开洞墙板、中间开洞墙板（窗户）和完全开洞墙板（门）等三种预制构件，在构件内、外表面不同位置布置测点，测试构件运输全过程的应力应变，分析不同的预制混凝土构件在运输中不同位置的受力情况。同时，利用 ANSYS 进行数值模拟和参数化分析。得出结论：应力变化与开洞面积呈正相关。开洞处的应力比周围位置大，构件底部与钢架接触处受力最大。相比较加置垫块和层数堆叠，加速度对构件应力变化影响最大。车辆运输应避免急刹，建议在预制构件下方加垫高弹性缓冲材料。     

n型半导化TiO2压敏陶瓷的导电机制

分析了n型半导化TiO2压敏陶瓷中晶粒间界处的受主态性质，得出为晶界受主态的能级是多级化的；利用晶界平衡热电子发射势垒模型，合理地解释了该材料的I－V非线性特征；从理论上推导出了非线性系数α正比于晶界电压，且与晶界受主态的分布函数有密切关系。     

基于木材弹塑性损伤本构的古建木结构残损梁柱构件损伤非线性分析

局部糟朽、虫蛀在古建筑梁柱构件中普遍存在,采用数值模拟方法分析其受力性能意义重大。在连续介质力学和损伤力学框架内,建立木材的弹塑性损伤本构模型,并基于ABAQUS的用户材料开发接口UMAT进行本构模型的二次开发,通过模拟已有文献中的三点受弯木梁试验,对本构模型的正确性进行验证。通过人工预制局部开槽的方式模拟实际古建筑木结构中梁柱构件的局部糟朽和局部虫蛀,基于所开发的本构模型建立有限元模型,并通过已有试验验证模型的正确性。结果表明:所建木材的弹塑性损伤本构模型和木梁、木柱的有限元模型可较好地反映残损梁柱构件在受力过程中的非线性受力和损伤演化行为。     

混凝土塑性损伤ABAQUS用户子程序开发

通过ABAQUS软件提供的UMAT子程序将一种新的考虑应力三轴比依赖特性的塑性损伤本构模型植入到现有的ABAQUS软件材料库中,并用UVARM子程序将自定义的损伤变量输出到结果文件.odb中进行结果图形显示.用FORTRAN语言按照ABAQUS规定的用户材料子程序的格式编写子程序,利用接口将两者联系起来.通过混凝土立方体单元单轴受压的算例和混凝土简支梁中心受集中力载荷两个算例,验证了模型和程序的有效性.由于在ABAQUS中增加了一种新的材料本构模型,有效地改进了Abaqus软件的功能.     

Influence of crystallographic orientation on growth behavior of spherical voids

The influence of crystallographic orientation on the void growth in FCC crystals was numerically simulated with 3D crystal plasticity finite element by using a 3D unit cell including a spherical void, and the rate-dependent crystal plasticity theory was implemented as a user material subroutine. The results of the simulations show that crystallographic orientation has significant influence on the growth behavior of the void. Different active slip systems of the regions around the void cause the discontinuity in lattice rotation around the void, and the corner-like region is formed. In the case of the void located at grain boundary, large heterogeneous deformation occurs between the two grains, and the equivalent plastic deformation along grain boundary near the void in the case of θ=45^o （θ is the angle between grain boundary direction and X-axis） is larger than the others. Large difference of orientation factor of the two grains leads to large equivalent plastic deformation along grain boundary, and the unit cell is more likely to fail by intergranular fracture.     

Modeling uniaxial tensile deformation of polycrystalline AI using CPFEM

The crystal plasticity finite element modeling （CPFEM） is realized in commercial finite element code ABAQUS with UMAT subroutine on the basis of the crystal plasticity theory of rate dependent polycrystal constitutive relations in the mesoscopic scale. The initial orientations obtained by electron backscatter diffraction （EBSD） are directly input into the CPFEM to simulate the mechanical response of polycrystalline 1050 pure Al in uniaxial tensile deformation. Two polycrystal models and two tensile strain rates were used in the simulations. The stress-strain curves of tensile deformation were analyzed. The predictions and the corresponding experiment result show reasonable agreement and slight deviation with experiments. The flow true stress of strain rate 0.01 s^-1 is higher than that of strain rate 0.001 s^-1. At the strain less than 0.05, the stress saturated rate of the experiment is higher than the simulated results. However, the stress saturated rate of the experiment becomes gentler than the corresponding simulated predictions at the strain over 0.05. Also, necking was simulated by the two models, but the necking strain is not well predicted. Tensile textures at strain 0.25 were predicted at the low strain rate of 0.001 s^-1. The predictions are in good accord with the experimental results. 2008 University of Science and Technology Beijing. All rights reserved.     

层板胶合木拱的蠕变屈曲

目的研究蠕变对层板胶合木拱的稳定承载力的影响规律．方法通过建立层板胶合木的蠕变本构模型,推导应力-应变的迭代计算公式,结合ABAQUS有限元软件,编制描述胶合本蠕变行为的用户材料子程序UMAT,提出判断拱发生蠕变屈曲的双重条件,用有限元法分析不同跨度、矢跨比和截面规格的层板胶合木拱的蠕变屈曲特性．结果得到了层板胶合木拱的荷载水平与蠕变屈曲临界时间呈指数衰减的关系．当荷载水平为40％时,蠕变屈曲临界时间接近15N;当荷载水平为35％时,蠕变屈曲临界时间增大到接近60N;蠕变屈曲承载力-临界时间曲线在35％的荷载水平处出现一条水平渐进线,荷载水平在35％以下,木拱不会发生蠕变屈曲．结论层板胶合木拱蠕变屈曲临界时间只与荷载水平相关,不受跨度、矢跨比和截面规格的影响．胶合木拱的长期稳定荷载为瞬时稳定荷载的35％．     

单层球面网壳在强震作用下的损伤模型

为获得单层球面网壳强震损伤模型,采用ABAQUS软件并自主开发了考虑损伤累积影响的材料子程序,对跨度40m单层球面网壳在强震作用下的全过程动力响应进行了参数研究.统计结构的多项宏、微观响应,建立了理想单层球壳在强震作用下的损伤模型;同时,对考虑初始缺陷的单层球面网壳也进行了分析,比较了是否考虑初始缺陷对结构抗震性能及失效机理的影响,在此基础上建立了考虑初始缺陷单层球面网壳的损伤模型,提出了强震下结构的强度破坏判别准则.     

修正的摩尔-库仑准则在重力坝深层抗滑稳定中的应用

针对修正后的Mohr-Coulomb准则采用基于Euler向后积分的自适应子增量本构积分算法推导得到的一致性切线刚度矩阵,以ABAQUS软件为平台,编制UMAT本构程序.进行了平面应变条件下单轴受压的数值验证后,用上述程序以强度储备系数法来验证了修正后的Mohr-Coulomb准则在重力坝抗滑稳定中的可靠性,结果表明编写的修正后的Mohr-Coulomb模型能够有效地反映重力坝深层抗滑破坏的特性,结果偏安全.     

ABAQUS中三维梁单元材料单轴本构模型的二次开发

为了在ABAQUS软件中实现对三维钢筋混凝土纤维梁单元的弹塑性计算,利用ABAQUS软件隐式模块下的用户自定义子程序接口UMAT,基于Mander受压骨架曲线、过镇海受压加卸载规则及滕智明受拉加卸载规则组合的混凝土本构理论和OpenSEES中Steel02采用的钢筋本构理论,在ABAQUS软件中开发了用于空间梁单元的混凝土和钢筋单轴本构滞回模型,并与已有的低周反复加载试验结果进行了比较.结果表明,本文基于ABAQUS软件二次开发的材料单轴滞回模型能够较好地模拟空间钢筋混凝土杆系结构的弹塑性滞回行为.     

Modeling uniaxial tensile deformation of polycrystalline Al using CPFEM

The crystal plasticity finite element modeling (CPFEM) is realized in commercial finite element code ABAQUS with UMAT subroutine on the basis of the crystal plasticity theory of rate dependent polycrystal constitutive relations in the mesosocpic scale. The initial orientations obtained by electron backscatter diffraction (EBSD) are directly input into the CPFEM to simulate the mechanical response of polycrystalline 1050 pure AI in uniaxial tensile deformation. Two polycrystal models and two tensile strain rates were used in the simulations. The stress-swain curves of tensile deformation were analyzed. The predictions and the corre-sponding experiment result show reasonable agreement and slight deviation with experiments. The flow true stress of strain rate 0.01 s-1 is higher than that of strain rate 0.001 s-1. At the strain less than 0.05, the stress saturated rate of the experiment is higher than the simulated results. However, the stress saturated rate of the experiment becomes gentler than the corresponding simulated predictions at the strain over 0.05. Also, necking was simulated by the two models, but the necking strain is not well predicted. Tensile textures at swain 0.25 were predicted at the low strain rate of 0.001 s-1. The predictions are in good accord with the experimental results.