间断变形工艺提高AZ31镁合金超塑性的研究

研究间断变形工艺对AZ31镁合金超塑性的影响。结果表明,当温度为400-440℃、应变速率小于5×10^-4s^-1时,间断变形工艺可以显著提高AZ31镁合金的超塑性。计算了空洞体积分数与空洞数量的关系。结果表明,空洞体积分数与空洞数量呈正比。对拉伸试样断口形貌的分析表明,间断变形减少了空洞数量,因而减小了空洞体积分数,提高了超塑性伸长率。     

确定板材塑性本构产参数的神经网络方法研究

在分析传统单向拉伸实验的缺点的基础上,提出了一种应用神经网络、有限元模拟和实验相结合的板材塑性参数的识别模型。采用了具有双向应力 板料拉伸试件,利用BP的神经网络实现试件拉伸变形过程中载荷,位移曲线与材料性能参数之间的映射关系,从而可以得到双向应力状态和大变形条件下的材料参数。研究中对08Al、LY12M两种材料进行了实验验证。     

超塑自由胀形中空穴发展过程的有限元模拟

将Ｈｉｌｌ的正变异性屈服方程与修正的Ｇｕｒｓｏｎ多孔韧性材料的粘塑性势有机地结合起来，建立了超塑成形中材料内部空穴体积分数的累积增大模型，按此模型采用刚粘塑性有限元法模拟了超塑自由胀形中空穴的发展过程，并对模拟结果进行了实验验证。     

Al—6Mg合金超塑性变形与空洞的研究

本文研究了Al—6Mg合金超塑性拉伸变形中的力学特性和显微组织的变化。试验结果表明,合金在520℃以ε=8.33×10~(-4)S~(-1)的应变速率拉伸,得最高延伸率578%,流动应力为1.6MN/m~2,m=0.68,合金通过静态再结晶得到等轴晶粒(11μm)。并对空洞生核和扩展,空洞与变形机制、廷伸率以及断裂进行了探讨。     

黄铜超塑变形时的空洞演变及工艺因素的影响

本文对Ｈ６２黄铜起塑变形时的空洞演变进行了系统而全面的研究，分析了变形温度、应变速率、变形程度和应力状态对空洞生长的影响，发现了不少空洞生长规律，为探索新的抑制空洞长大方法和确定超塑性变形的损伤演变提供了实验资料．     

ECAP处理后ZK40的组织及超塑性

研究了镁合金ZK40经等通道挤压1道次和4道次后的超塑性和微观组织.在523 K进行的拉伸实验表明，随着挤压道次的增加，ZK40的延伸率也得到了提高.实验通过对ZK40作不同条件下的拉伸测试，得到了超塑性表现最好的温度和应变速率.经4道次等通道挤压后的ZK40在523K的温度和1×10^-4/s的应变速率下其断裂延伸率达到了660%.微观组织的分析表明，ZK40在等通道处理过程中，晶粒随着挤压道次的增加不断细化，而且晶粒的等轴性和均匀性得到显著改善.     

空洞敏感材料超塑胀形过程的压力—时间曲线优化设计

压力－时间曲线在超塑胀形工艺参数的选择和工艺过程优化设计中至关重要。利用刚粘塑性有限元技术对含有细微空洞超塑性材料的胀形过程进行了数值模拟,并采用最大等效应变速率恒定的压力控制策略对胀形过程压力－时间曲线进行了优化设计。以半球壳和圆筒形零件为例,对自由胀形和充模胀形两种成形方式给出了压力－时间曲线设计实例,并对计算结果进行了讨论。本计算模型可推广至其他超塑性成形问题。     

机械自紧加载解研究

为了计算机械自紧厚壁圆筒在加载阶段的应力应变,利用空间轴对称问题的基本方程及合理的假设,对具有理想弹塑性材料模型的厚壁圆筒加载过程进行了弹塑性分析,对加载阶段的冲头进行了弹性分析.利用机械自紧加载过程中的边界条件和连续性条件,推导出了塑性半径的计算公式以及厚壁圆筒和冲头在加载过程中的应力应变.为了验证公式的正确性,对10种不同过盈量的机械自紧过程进行了数值模拟,将塑性半径的理论值与数值模拟的结果进行比较,发现理论计算结果与数值模拟的结果非常接近.     

材料硬化及其对塑性拉伸失稳的影响

本文利用轧制一拉伸实验方法,研究了板料的全硬化性能,并结合单向拉伸实验中应变沿试件轴向的分布不均,分析了塑性拉伸失稳的物理过程。     

不同初始组织材料超塑性m值模型与验证

为确定超塑性机理和本构方程,需要计算m值.采用铸造、轧制和退火方法获得细晶AA7075铝合金板材,采用高温拉伸机和图像分析仪研究了合金m值的变化,针对等轴晶粒和带状晶粒的材料超塑性变形,建立了m值与应变关系模型.模型证明等轴晶粒组织恒速度超塑性变形m值随应变增加而减小和带状晶粒组织超塑性变形m值随应变增加而增大.理论预测得到等轴细晶AA7075铝合金和AA7475+0.7Zr铝合金和带状晶粒的Mg-8.5%Li合金和包含小角度晶界的AA7475铝合金超塑性实验结果的支持.模型预测与实验结果吻合,内在组织变化是m值变化的根本原因.     

超空泡航行体转弯运动多相流场特性

为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

混凝土四相复合模型的三维细观破坏模拟

考虑到混凝土内部细微裂隙的存在对混凝土强度和变形的重要影响,提出将混凝土视为砂浆、骨料、界面和随机缺陷组成的四相复合材料模型。混凝土细观单元服从应变空间内增量形式的弹塑性损伤本构,采用破坏单元网格消去法模拟混凝土裂纹扩展,数值模拟了三维混凝土单轴压缩和不同均质度试样的单轴拉伸弹塑性损伤破坏过程。结果表明：文中建立的混凝土四相复合材料模型中增加随机缺陷的模拟,一定程度上符合混凝土成形实际情况;随机缺陷的体积百分比是决定弱化混凝土宏观强度程度的主要因素;均质度低的单轴拉伸试样裂纹咬合明显,均质度高的试样断裂更清晰,数值模拟结果与试验结果较吻合。     

纳观界面应力集中对复合晶粒断裂应力的影响

为了准确分析纤维增强复合陶瓷内复合晶粒力学性能,提出了一种考虑纳观界面应力集中效应的复合晶粒强度预测方法.基于纤维增强复合陶瓷的显微结构特征,考虑纳米纤维间的相互作用,应用有效自洽法确定纳观界面模型的有效应力场;假设纳观界面处基体和纤维间的应力和位移均连续,利用叠加法将单向拉伸应力状态分解为双向均匀拉伸状态和纯剪切应力状态的组合,根据纤维增强复合陶瓷承受横向载荷的位移函数得到纳观界面附近基体和纤维的位移场和应力场,并计算了纳观界面产生的应力集中因子,综合考虑了复合晶粒内纳观界面和位错塞积相互作用导致的应力集中效应,建立了纤维增强复合陶瓷中复合晶粒的断裂应力预报模型.分析了增强纤维半径和体积分数对复合晶粒断裂应力的影响,结果表明:增强纤维半径越小,断裂应力越大,复合晶粒强度越高,且增强纤维半径大于50 nm后,半径大小对复合晶粒断裂应力影响较小;纤维体积分数越大,断裂应力越小,复合晶粒越易发生破坏.     

不同头型高速射弹垂直入水数值模拟

为研究不同射弹头型对高速射弹垂直入水的流体动力和流场特性的影响,采用有限体积法和VOF(volume of fluid)多相流模型,并引入动网格技术,对5种不同头型的轴对称高速射弹垂直入水过程进行了数值模拟,分析了头型对空泡形态演化过程、射弹流体动力及弹道特性的影响规律.研究结果表明,头型对射弹入水空泡形态、表面闭合时间以及入水阻力、深度、速度均有较大影响.球头与截球头空泡半径小于其余3种头型,表面闭合时刻依平头、球头、锥头、截锥头的顺序递增.射弹头部均承受较大压力,球头、截球头射弹头部压力分布不均使之承受较大的剪切力.射弹头部流线型越好,入水速度衰减越慢,入水深度增加越快.入水阻力系数峰值按平头、截球头、截锥头、锥头、球头的顺序递减.     

液氢和液氮绕水翼空化流动特性分析

为分析液氢和液氮两种低温流体介质的空化特性,通过对CFX软件二次开发,将Schnerr-Sauer空化模型和液氮、液氢随温度变化的物性参数嵌入到CFX求解代码中,同时耦合求解考虑汽化潜热影响的能量方程,从而在考虑热力学效应条件下,开展了液氢和液氮绕水翼空化流动的三维数值模拟研究,并将计算结果与试验数据进行对比,验证了数值方法的有效性.计算结果表明,热力学效应对液氢空化区域压力和温度参数变化影响更显著,在液氮空化核心区域内液相体积分数比液氢中的更小,在空泡尾部闭合区域从汽相向液相转化迅速.汽-液两相间质量传输特性可作为评估空化区域内温度、压力以及相体积分数分布的有效依据.     

超轻质水泥基复合材料基本力学性能

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,表观密度介于1 250~1 550 kg/m3,轴心抗压强度介于47.9~70.0 MPa的4种不同密度等级的ULCC.对其分别进行单轴抗压和单轴抗拉试验,分别研究了ULCC的轴心抗压和轴心抗拉力学性能,测得了ULCC材料轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、泊松比及单轴抗压和单轴抗拉应力-应变曲线.结果表明:ULCC的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随密度的增加而增加; ULCC的轴心抗压强度和弹性模量与密度呈较强线性相关性.轴心抗拉试验结果表明ULCC抗拉应力-应变曲线关系呈现明显的峰后平台段,ULCC材料具有良好的拉伸变形能力.根据试验测得的ULCC单轴抗压和单轴抗拉应力-应变全曲线,建立了ULCC单轴抗压和单轴抗拉的分段式应力-应变本构方程.研究成果可为ULCC结构的设计和非线性有限元计算提供理论依据.     

TE103单模微波谐振腔的有限元数值模拟

采用有限元分析法,推导了TE103单模谐振腔有限元数值模拟的数学模型。运用ANSYS软件进行数值模拟,分析和讨论了微波加热柱状WC-Co时谐振腔和介质内电场分布云图。数值模拟结果表明,空腔有3个大小相近的电场均匀区域,加载柱状WC-Co样品后,由于样品的吸波特性,3个电场均匀区域都有不同程度的缩小,两边的区域明显缩小,中间区域缩小相对不明显,这样就形成了中间电场均匀区域大,两边小的电场分布情况。样品的电场分布为从里到外成梯度的逐渐增强,样品的电场分布不均匀,造成了微波加热不均匀,很好地解释了微波加热WC-Co时容易出现样品开裂的现象。数值模拟结果与实验结果吻合很好。     

Charactersitics of Stress-strain Curve of High Strength Steel Fiber Reinforced Concrete under Uniaxial Tension

A whole of 110 specimens divided into 22 groups were tested with varying the volume fraction of steel fibers and the matrix strength of these specimens. The stress-strain behaviors of four types of steel fiber reinforced concrete （SFRC） under uniaxial tension were studied experimentally. When the matrix strength and the fiber content increase, the tensile stress and tensile strain vary differently according to the fiber type. The mechanisms of reinforcing effect for different types of fiber were analyzed and the stress-strain curves of the specimens were plotted. Some experimental factors for stress or strain of SFRC were given. A tensile toughness modulus Re0.5 was introduced to evaluate the toughness characters of SFRC under uniaxial tension. Moreover, the formula of the tensile stress-strain curve of SFRC was regressed. The theoretical curve and the experimental ones fit well, which can be used for references in construction.