铸态GH4175合金高温变形行为及热加工图研究

目的 建立铸态GH4175合金的本构模型以预测材料变形过程中的流动应力,绘制其热加工图,用于优选铸态GH4175合金热变形的工艺参数.方法 采用Gleeble-3500热模拟压缩试验机对铸态GH4175合金试样在不同的变形温度和应变速率下进行热模拟压缩试验,获得流动应力-应变曲线.结果 GH4175合金的流动应力随变形...     

镁合金板料温冲压成形数值模拟技术

用板料成形的方法对变形镁合金进行加工可以制造更薄更轻的零件,符合轻质化的发展趋势.利用有限元数值模拟的方法可以对实际的冲压过程进行模拟,达到改进工艺与模具的目的.对于板料加热状态下的数值模拟,为了使结果准确,最重要的就是要建立正确的材料本构关系模型,这一材料模型需给出应变、应变率、应力与温度之间的关系.在经典的塑性成型计算中,材料模型包含两方面的内容:①初始屈服表面的确定,②流动法则和加工硬化模型的建立.总结了经典屈服模型和材料本构关系模型以及国内外学者在经典理论基础上建立起来的镁合金材料模型;探讨了板料成形有限元数值模拟技术以及目前常用的模拟软件;并在此基础上综述了镁合金冲压变形的热-机耦合的数值模拟的研究进展.     

基于Herschel-Bulkley流变模型的自密实混凝土流动的CFD模拟

为研究和预测自密实混凝土在模板中的流动性能,该文使用了一种基于Herschel-Bulkley流变模型的CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟方法对自密实混凝土在自重作用下的浇筑过程进行二维和三维模拟并与实验室L型箱流动达到特定位置的流动时间和流动形态进行对比,分析结果表明:H-B模型用于自密实混凝土的流动模拟是可行的,与基于宾汉模型的二维模拟结果相比Herschel-Bulkley流变模型具有更高的准确度。该文最后对二维和三维模拟方法的特点和局限进行了讨论并提出建议。     

纸板厚度方向的力学模型建立

目的理论推导纸板在受到z向压缩和弯曲时的本构模型。方法对纸板进行z向压缩时,用Ramberg-Osgood方程描述加载过程的应力-应变关系。根据纸板的内部结构特点,用多孔弹性材料模型描述卸载过程的应力-应变关系。基于对纸板弯曲时变形过程的分析,利用复合材料层板模型和纤维网络模型描述弯曲时纸板层应力-应变关系。结果该模型能描述纸板在厚度方向上的力学特性,为建立完整的纸板本构建模提供参考,同时为有限元模拟纸板厚度方向变形提供依据。     

聚合物熔体复合挤出胀大过程的数值模拟及可恢复弹性形变分析

建立了两种聚合物熔体流经矩形流道共挤出的三维数值计算模型,采用有限元方法数值模拟了共挤出成型过程及胀大过程,得到了速度场、压力场、应力场,并利用数值计算方法得到了共挤出流动过程的可恢复弹性形变场,分析了挤出胀大率以及可恢复弹性形变的变化过程。结果表明,在共挤出流动的胀大段,共挤出界面的形状和位置发生了改变;经矩形流道共挤出得到的挤出胀大末端截面形状为不对称的鼓形;在共挤出界面附近可恢复弹性形变值存在极值,运用数值方法计算可恢复弹性形变可以对流动过程中可能存在的缺陷进行预测。     

考虑双拉耦合的复合材料编织物各向异性超弹性本构模型

为了准确描述复合材料编织物的各向异性力学特性,首先,基于纤维增强复合材料连续介质力学理论提出了一种考虑纤维双拉耦合的复合材料编织物各向异性超弹性本构模型,该模型中单位体积的应变能被解耦为便于参数识别的纤维拉伸变形能、双拉耦合引起的挤压变形能和纤维间角度变化产生的剪切变形能;然后,给出了模型参数的确定方法,并通过拟合单轴拉伸、双轴拉伸和镜框剪切实验数据得到了本构模型参数;最后,利用该模型对双轴拉伸和镜框剪切实验进行了数值仿真,并将模拟结果与实验结果对比分析。结果表明:提出的本构模型适用于表征复合材料编织物在成型过程中由于大变形引起的非线性各向异性力学行为。所得结论表明提出的本构模型具有简单、实用的优点,且材料参数容易确定,可为复合材料编织物成型的数值模拟和工艺优化奠定理论基础。      

皇冠梨静压力学特性及模拟研究

目的 建立皇冠梨生理特性与力学损伤关系模型,实现果实静压过程的模拟研究。方法 通过材料松弛试验和静态压缩试验,研究果实材料力学特性。使用三维扫描方法辅助建立果实有限元模型,并对果实静载损伤过程进行模拟。结果 使用Maxwell黏弹性材料本构模型,成功模拟了果实流变特性。通过静压试验将所建立的梨果实黏弹性材料模型与传统弹塑性材料模型进行对比,误差降低了7%,从而验证了模拟的准确性。根据von Mises等效应力分布结果进行预测,发现在静载力为161.21 N时梨果实会出现明显损伤。结论 以上研究使用2种材料对静态压缩试验进行仿真模拟,进一步验证了使用数值模拟方法对水果静力学过程模拟的可靠性。为皇冠梨果实机械化采摘、储存包装及加工搬运过程提供了理论依据。     

基于拟力法的钢支撑非线性滞回行为模拟

钢支撑在轴力作用下会同时发生材料非线性和几何非线性,复杂的力与变形关系是数值模拟过程中的重点与难点。该文基于拟力法的基本理论,提出了支撑非线性滞回行为的计算模型,通过塑性转动铰来模拟由屈曲行为引起的塑性弯曲变形;通过滑动铰来模拟由拉伸屈服和增长效应产生的轴向塑性伸长行为,模型中计及了弹性弯曲变形本身的几何非线性行为。该模型物理意义简单、力学行为明确,在模拟支撑非线性滞回行为的过程中保持初始刚度不变,塑性铰的变形可直观地衡量支撑的屈曲程度。数值模拟与试验结果对比验证了该方法的精确性与适用性。将该模型应用于某钢框架-支撑结构地震反应分析中,计算结果表明:该方法可以模拟支撑在复杂荷载作用下的非线性行为,具备拟力法所特有的精确、高效及稳定等优点。     

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。     

纺织结构复合材料三维模型设计

根据纺织复合材料结构和工艺的特点,考虑到空间纤维束的相互纽结和紧密挤压而造成的纤维束的弯曲和截面变形,建立了机织和编织三维实体几何模型和工艺过程的动画模拟.所建模型与通过切片制作、数据采集和处理的图像进行比较并修正,取得了较为合理的纤维束中心线拟合效果.为纺织结构复合材料的有效弹性性能预报和RTM工艺模拟仿真奠定了模型基础.     

有限变形下材料的弹塑性损伤行为及结构响应分析

该文基于一种弹塑性损伤本构模型,分析了材料在有限变形下的力学行为及结构力学响应。将模型建立的本构方程进行线性化处理,嵌入到有限元计算软件ABAQUS的子程序中,实现模型在结构计算中的应用。针对铝合金材料(6061-T6),建立了两种不同的结构模型进行数值模拟。模拟结果与实验结果对比表明,模型能较好地描述材料的变形过程及结构的力学行为。最后基于模型的理论基础,分析了材料在超出弹性范围时的复杂变形行为。     

考虑磁场影响的磁性形状记忆合金分段线性化超弹性本构模型研究

磁性形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy,MSMA)作为一种新型智能材料,同传统温控形状记忆合金一样具有形状记忆效应和超弹性效应。现有的MSMA本构模型大多存在理论性强、形式繁杂、参数较多等问题,不利于实际工程应用。为此,该文借助线性化方法,建立了超弹性MSMA分段线性化应力-应变关系;引入应力择优取向马氏体变体体积分数作为内变量,基于塑性理论框架,构建了MSMA分段线性化超弹性本构模型;提出了描述临界应力与环境磁场关系的Logistic关系函数,并基于试验数据拟合了关键参数;利用所建立的本构模型对考虑磁场影响下的MSMA超弹性进行了数值模拟,并从滞回曲线形状和滞回耗能两个方面与试验结果对比。结果表明:所提出的临界应力与环境磁场关系函数拟合优度可达0.993;材料本构模型预测曲线与试验结果较为接近,理论耗能能力与试验结果误差平均为11.9%。因此,模型能够较为准确地模拟MSMA的超弹性变形过程和耗能能力,为预测考虑磁场影响的MSMA超弹性特性提供了一种简便方法。     

炭黑填充橡胶超弹性本构模型的选取策略

橡胶材料超弹性本构参数的精确性是影响橡胶结构有限元计算精度的关键因素。对炭黑填充橡胶材料进行单轴拉伸(ST)、平面拉伸(PT)以及等双轴拉伸(ET)等三类基本变形试验,考察6种常见超弹性本构模型对试验数据的拟合能力,探讨在三类基本试验不齐全情况下超弹性本构模型的预测能力和模型选取策略。结果表明,为尽量准确地描述橡胶材料的大变形和复杂变形行为,根据基本变形试验数据的齐全程度,对超弹性本构模型应采取不同的选取策略。在ST、PT和ET基本变形试验齐全的情况下,依次优先选用Ogden(N=3)、Yeoh和Arruda-Boyce模型;只有两类基本变形试验时,应包括ET试验,这时Ogden(N=3)模型对第三类变形行为给出准确模拟;仅有ST试验时,优先选取Arruda-Boyce模型。     

聚丙烯打包带蠕变特性研究

采用四元件Burger模型对常温下聚丙烯(PP)打包带的拉伸蠕变特性进行了研究。结果表明:Burger模型可以用于模拟PP打包带的短期蠕变行为;瞬时弹性变形系数与应力水平无明显关系;Kelvin模型中延时弹性变形系数和粘性系数以及Maxwell模型中的粘性系数均随应力水平的增加而下降;松弛时间和延迟时间均随应力的增加而下降;拉伸蠕变速率随应力上升而急剧上升,该结论与滞后时间的分析一致。     

基于GA优化的7055铝合金Johnson–Cook流变本构建模及其FEA应用

目的 研究7055铝合金高温流变行为,建立高精度流变本构模型和有限元分析（Finite Element Analysis,FEA）仿真模型。方法 基于Gholamzadeh温度修正模型和Evans摩擦修正模型,计算修正7055铝合金热压缩流动应力,以排除试验过程中变形温升和摩擦对流动应力的影响;针对修正后的流动应力构建Johnson–Cook本构模型,依托MATLAB编程采用遍历法优化模型参考条件,并引入遗传算法（Genetic Algorithm,GA）对模型参数进行优化,通过流动应力子程序二次开发实现优化后的模型在商用软件DEFORM中的应用,以预测变形工件的应力应变分布与成形载荷。结果 经温度和摩擦修正的流动应力与试验值相近;采用遍历法优选参考条件后的Johnson–Cook本构模型流动应力预测值与试验值之间的平均相对误差绝对值（Average Absolute Relative Error,AARE）为4.57%,经GA优化后降至3.50%,实现了精度的提升。基于该模型二次开发的DEFORM模拟平台能准确预测成形载荷,预测值与试验值之间的AARE为2.42%。结论构建了具有较高...     

波浪与弹性板作用的数值模拟

该文采用高阶有限元和边界元联合的方法求解波浪与弹性板的相互作用。其中流场采用边界元法求解,结构弹性响应方程采用基于Mindlin板理论的有限元方法求解,通过模态叠加技术实现了弹性板变形与流场相互作用的解耦。通过对一矩形板的计算,验证了该文方法与他人试验结果和数值模拟结果都吻合良好。利用这一模型进一步分析了波浪与弹性圆形板的作用问题,并对圆形板运动响应的收敛性进行了分析。     

轮胎胶料压延过程数值模拟

为研究轮胎胶料压延过程中的流动和变形,本文建立了胶料压延过程的二维有限元模型,分别采用Bird-Carreau (BC)模型和五模态Phan-Thien-Tanner(PTT)模型对胶料的纯黏性和黏弹性行为进行了表征.提出了根据流场分布差异来确定黏弹性流体压延分离点的方法,即假设不同分离点位置进行计算,当假设分离点处的速度矢量与压延方向(水平方向)一致时,该点即为实际分离点.利用Polyflow软件对压延过程进行了数值模拟,在此基础上进一步研究了辊筒转速对胶料厚度比的影响.结果表明:采用五模态PTT模型获得的胶料厚度比与实际测量值基本吻合,而采用BC模型的计算值则差异较大,这一方面表明了本文数值模型的有效性,另一方面也表明了压延过程模拟必须计及胶料的弹性;胶料厚度比在低辊速下随着辊速增加而迅速增大,在较高辊速时则趋于稳定,这也与现场实测结果一致.     

虚拟手术中的弹性模型研究

在虚拟手术的模拟中,为带有复杂的生理结构和管道系统的脏器建立弹性模型是一个难点和关键。本文对建立弹性模型的几种可行方法进行了介绍与讨论。     

铜包铝复合材料轧制变形过程模拟及轧制力计算公式

基于对铜包铝双金属复合材料轧制变形过程进行的有限元模拟,建立了双金属复合材料轧制变形分区模型,可分为弹性区、单材料塑性区、后滑区、揉轧区和前滑区.以铜的体积分数为变量,对不同铜含量的铜包铝复合材料的轧制过程进行模拟,在单一材料轧制力理论计算公式的基础上,提出了双金属复合材料轧制力的理论计算公式,通过对铜包铝复合材料轧制的试验和不同压下率下的铜包铝双金属复合材料轧制成形的有限元模拟,对所推导出的轧制力公式进行了验证.     

GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为与本构方程研究

目的 研究GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为,为高温合金板材高温成形工艺的制定和优化提供指导。方法 基于GH5188合金板材高温拉伸试验,分析了变形工艺参数对GH5188合金板材高温拉伸变形时真应力、应变速率敏感性指数和应变硬化指数的影响规律,建立了本构模型对其流动行为进行描述和预测。结果 GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为受应变硬化、流动软化和应变速率硬化的共同影响,其变形过程分为弹性变形、加工硬化、稳态流动和断裂4个阶段。随变形温度的升高和应变速率的降低,真应力减小。变形温度、应变速率和真应变对GH5188合金板材的应变速率敏感性指数和应变硬化指数具有显著影响。基于Johnson-Cook和Hensel-Spittel模型,建立了考虑应变硬化效应、流动软化效应和应变速率硬化效应耦合影响的GH5188合金板材高温拉伸变形本构模型(JC-HS模型),采用该模型预测的真应力与试验值的平均相对误差为6.02%。结论 建立的JC-HS模型能够较好地描述和预测GH5188合金板材的高温拉伸流动行为。