橡胶材料硬化的本构模型与有限元分析

针对橡胶类材料大应变时硬化现象,采用国家GB528标准,在室温下通过单轴拉伸本构实验,建立了基于主伸长的连续介质力学的新本构模型,并确定应变能密度函数中的本构参数,再利用简单剪切实验进行参数验证,表明新本构关系的可行性与有效性.最后将新本构方程加入通用有限元软件,利用非线性有限元对平面应力橡胶板进行了计算.     

冻土粘弹塑性参数的测试方法

根据已有冻土试验资料,建立描述冻土粘弹塑性特征的本构模型,给出本构参数的确定方法。首先,推导本构模型的微分列式并根据不同加载条件求解微分方程。其次,设计不同加载条件的冻土试验,以测定应力应变曲线,或应力随时间、或应变随时间曲线。然后,根据以等应变率下的试验曲线为例研究讨论了在不同条件下确定本构参数的方法。包括:在等应变率加载条件下,根据应力应变曲线或应力时间曲线确定本构参数;在等应力加载条件下,根据应力应变曲线或应变时间曲线确定本构参数;在应变率为零时,利用松弛曲线确定本构参数;在应力率为零的条件下,利用蠕变曲线确定本构参数。     

基于Mooney-Rivlin本构模型橡胶防尘罩的非线性有限元分析

为揭示橡胶防尘罩的结构参数对其拉压应力的影响,采用ABAQUS软件建立了基于Mooney-Rivlin本构模型的防尘罩有限元模型。根据标准试件轴向拉伸实验数据拟合了本构模型参数C10和C01,完成了防尘罩轴向拉伸和轴向压缩工况的有限元分析,得到了防尘罩的应力应变分布规律。通过对试件和防尘罩制品的拉伸试验验证了有限元计算结果的可信性,为橡胶类零部件的强度性能分析、结构参数优化提供了一种方法。     

TC11钛合金高温塑性本构方程研究

有限元数值模拟技术的重大发展使得其在锻造加工研究领域中得到了越来越广泛的应用。本文通过实验,研究了TC11钛合金在高温条件下的塑性本构方程,本构方程是描述材料的基本信息和有限元模拟中不可缺少的数学模型,它反映了流动应力与应变、应变速率以及温度之间的依赖关系。为了建立本构方程,必须测量一定温度、应变速率范围内的流动应力值,这通常是由压缩试验来完成的。有限元模拟结果的有效性首先取决于本构方程的精确程度,所以,如何获取精确的本构方程成为锻造成形过程计算机模拟技术中的首要问题     

基于实验方法的橡胶圆管的本构模型分析

本文利用实验室现有的拉伸机,采用自行设计的简易夹具,对橡胶圆管进行了单轴拉伸实验,分析了橡胶圆管的应力应变曲线,通过对已有的本构方程与实验数据进行拟合,最终确定了橡胶中常用的三种本构模型的材料系数。通过实验对比,结果表明,M-R模型适用于变形量小于等于100%的范围,为以后气动人工驱动器变形机理的研究提供了实验依据和理论基础。     

裂尖细观断裂研究——大应变情形下应力、变形和空穴演变的分析

本文用反映空穴形核成长的 Gurson 本构方程来描述裂尖区域材料在大应变情形下的力学特性,并考虑了空穴演变对材料的杨氏模量的影响,进一步改进了Gurson 本构方程。文中用上述两种本构方程分别结合弹塑性大应变有限元方法对平面应变Ⅰ型裂纹问题作了计算,分析了裂尖应力分布、裂尖形状变化和裂尖处空穴演变过程,并与用 Prandtl—Reuss 本构方程计算的结果作了比较。     

混凝土SHPB试验的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用HJC本构模型,对混凝土试件的SHPB试验进行数值模拟,重构了混凝土在低、中、中高以及高应变率下的应力应变曲线,并且对试件的破坏形态进行了模拟。研究表明,HJC模型可以很好地模拟混凝土材料的力学性能,重构的应力应变曲线在曲线形态和峰值应力上均与SHPB试验拟合良好,数值模拟得到的混凝土的破坏形态也与SHPB试验一致,确定该强度混凝土材料HJC本构模型材料参数的方法具有通用性。     

Ⅰ型扩展裂纹尖端的弹黏塑性场

为了研究粘性效应作用下的扩展裂纹尖端场,假设扩展裂纹尖端的人工粘性系数与塑性应变率的幂次成反比,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系．引入Airy应力函数,求出了裂纹尖端应力和应变场的控制方程．通过渐近分析。推导出了该模型下的本构方程．选取适当的特征参数,给出了边界条件,对控制方程通过双参数打靶,进行了数值计算,求得了裂纹尖端的应力应变场．由于在力学模型中考虑了材料的粘性效应,所得裂纹尖端场是局部自治的,结果中不含必须由远场条件确定的待定参数或系数．分析与计算结果表明粘性效应是裂纹尖端场的一个重要因素．     

基本载荷作用下橡胶类材料的超弹性力学性能分析

基于有限变形的基本理论,对基本载荷作用下橡胶类材料的超弹性力学性能进行了分析.在高玉臣所提出的橡胶类材料的本构模型的基础上,给出了1种新的不可压缩超弹性应变能函数.引入参数α,当n=1且α=1时,新模型转化为Mooney-Rivlin模型,而当n=1且α=0时,新模型转化为Neo-Hookean模型.利用新的本构关系对橡胶类材料在单轴拉伸以及受内压膨胀2种基本载荷作用下的超弹性力学性能进行了研究,分析了本构参数对单轴拉伸和内压膨胀的影响,指出本构参数n为材料的强化参数,橡胶圆管受内压膨胀时存在失稳现象,其稳定性不仅依赖于本构参数n而且与本构参数α相关.     

复合材料层板动态力学性能和本构关系研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,在中等应速率（１／ｓ）下,对玻璃布－环氧层板的动态力学性能进行了实验研究,给出了一种较为可靠的复合材料拉伸试样设计方法,获得了杨氏模量,拉伸强度和泊松比等力学参数。实验结果表明,玻璃布－环氧层板具有明显的应变率相关和温度效应。采用Ｊｏｈｎｓｏｎ提出的温度、应变率相关的本构模型,根据实验数据拟合了玻璃布－环氧层板材料的本构关系,分析表明该本构关系可以很好地描述     

A unified viscoplasticity constitutive model based on irreversible thermodynamics

A unified viscoplasticity constitutive model for metal materials is developed within the framework of irreversible thermodynamics, and an expression for the Helmholtz free energy function involving the parameters reflecting kinematic hardening and isotropic hardening is given. At the same time a non-associated flow potential function including the corresponding state variables is also given, from which the flow equation and the evolution equations of the internal state variables are derived. Thus, a general theoretical framework constructing a unified viscoplasticity constitutive model is given. Compared with the typical unified viscoplasticity constitutive models, the presented model evidently satisfies the irreversible thermodynamics laws. Moreover, this method not only provides a new theoretical foundation for further development of the unified viscoplasticity constitutive model, but also gives a new theoretical framework for the stress-strain analysis of more materials. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant NO. 90410012)     

橡胶类材料缺陷附近的应力奇异场分析

采用Ｋｎｏｗｌｅｓ和Ｓｔｅｒｎｂｅｒｇ的本构方程,应用分区法,对平面应变情况下橡胶类材料典型缺陷－缺口附近的应力奇异场进行了大变形分析。推导得出了缺口附近大变形奇异场的渐进方程,并对其进行了数值计算,给出了相应的曲线,提示了橡胶类材料缺口附近的应力奇异性与缺口角度的关系。     

岩石硬化及软化特性的内时本构理论

为了描述岩石的硬化、软化、脆－延转化特性，提出一种新的确定材料函数的方法－线性插值法。基本原理：在一定假条件下，建立岩石内时本构方程及其增量形式；根据试验资料，利用内时本构方程反算出内时间的某些“时刻”的材料函数值，最后用线性插值公式来表示材料函数。用这种方法确定的材料函数可以较精确地描述试验范围内岩石的硬化、软化特性。     

基体硬化对含微孔洞材料本构关系的影响

从细观力学角度出发分析了基体硬化对含微孔洞材料本构关系的影响，给出了一个简便的修正形式，并与有限元结果进行了对比。     

粉末烧结材料屈服条件

阐述了粉末烧结材料塑性变形的基本性质,分析了粉末烧结材料现有屈服条件中存在的问题。通过粉末烧结材料圆柱体试样单向压缩试验,确定了一个具有普遍性和适用性的粉末烧结材料屈服条件。     

Effect of Engineering Character on Stress-Strain Relationship in Post-Peak Area

Constitutive experiments are the base of all rock mechanics works. The effect of engineering character on constitutive law is a new problem of rock mechanics. The results of series specimens based on the uniaxial and plane strain compression experiments were presented and discussed. It is found that engineering or experiment character has obvious effects on stress-strain relationship and especially on mechanic parameters in post-peak area. And the law of size effect of softening materials was also discussed.     

岩石破坏过程中的损伤统计本构模型

统计损伤力学是依据岩石破坏过程中的三轴试验资料反推其本构关系的一种有效手段。假定岩石微元强度服从幂函数分布的概率分布理论,将Hoek-Brown强度准则作为岩石统计分布变量,建立了岩石损伤变量演化方程和岩石在三维应力作用下的损伤统计本构模型,并用试验资料对其进行了验证。通过将理论结果和试验结果进行对比发现：该模型能够比较好的反映岩石的本构关系和破坏过程,从而说明了模型的合理性和可行性;模型分布参数R反映了岩石的强度,m反映了岩石的强度和脆性程度,但二者不是相互独立的,而是具有内在联系的。     

Effect of hydrostatic stress on yield function and plastic constitutive relations

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｔｈｅｙｉｅｌｄｃｒｉｔｅｒｉｏｎａｄｏｐｔｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｐｌａｓｔｉｃｔｈｅｏｒｙｉｓｆ(σｉｊ) =ｆ(Ｊ′2 ,Ｊ′3) =ｃ (1)ｗｈｅｒｅＪ′2 =12 ＳｉｊＳｉｊＪ′3=13ＳｉｊＳｊｋＳｋｉＳｉｊ =σｉｊ- 13δｉｊσｋｋσｉ,Ｓｉｊａｒｅｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｓｔｒｅｓｓｔｅｎｓｏｒａｎｄｄｅｖｉａ ｔｉｏｎｓｔｒｅｓｓｔｅｎｓｏｒａｔａｐｏｉｎｔ ,ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ;Ｊ′2 ,Ｊ′3ａｒｅｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄｉｎｖａｒｉａｎｃｅ…     

应变空间中一般加载规律的弹塑性本构关系

为了建立多维应力、应变空间的弹塑性本构关系,将一般加载规律一维全量理论的简单弹塑性模型推广到一般加载规律的多维增量理论,并且给出应力空间的加载函数和应变空间的加载函数以及它们之间的正确的变换关系.在此基础上,在应变空间中建立了推导一般加载规律的多维增量理论的本构关系的一种途径.应用这种途径,从应变空间的加载函数出发,推导了等向强化材料的一般加载规律的弹塑性本构关系.理论和实例表明,这种途径对等向强化材料、随动强化材料、理想弹塑性材料和热弹塑性问题都适用.     

橡胶有限元分析之研究

本文研究了橡胶材料有限元应力分析的两种途径；罚有限单元法及混合插值有限单元法。分别将罚函数及静水压力引入材料应变能密度函数，对橡胶类不可压缩超弹性材料进行了有限元分析；数值结果和解析解符合得较好，表明了算法的有效性。