基于D-P准则的理想弹塑性本构关系积分研究

研究基于D-P准则的理想弹塑性本构关系积分的特点及相应的子增量法。研究说明,作者提出的基于D-P准则的转移应力解析解,从应力调整过程来说相当于线性预测-径向校正方法;从本构关系积分策略来说相当于最近点投射法。最近点投射法具有一阶精度而且是无条件稳定的,而数值稳定性和一致性条件是弹塑性计算收敛的充要条件;作为广义中点法的一个特例,最近点投射法最能适应大的应变增量。理论分析和计算实例都表明,该方法适合于极限分析,在采用较大的荷载增量步时仍能保持较高的数值稳定性和精度。提出了基于D-P准则的子增量法,其中确定子增量步数的公式兼容了Schreyer等人的子增量数表达式。计算实例说明计算精度的提高与子增量的步数大体成正比,在显著偏离比例加载的情况下,单步法仍能取得较高的精度。对一般极限分析课题采用单步法即可。     

45CrNiMoVA高速切削条件下本构关系建模技术研究

为建立连续介质材料高速切削的材料本构关系模型,以45Cr Ni Mo VA材料为研究对象,通过准静态扭转试验和直角自由切削试验相结合的方法,建立了满足高速切削仿真要求的45Cr Ni Mo VA材料的Johnson-Cook本构模型.采用建立的Johnson-Cook本构模型参数,利用ABAQUS有限元分析软件建立了直角自由切削的有限元模型,对切削过程中的切屑厚度、主切削力、进给抗力进行了仿真,并将仿真预测值同试验测量值进行了对比.结果表明:由于切削仿真过程中刀具不存在磨损,进给抗力的仿真误差较大;主切削力和切屑厚度的仿真预测值与试验测量值的误差在10%之内,模型的准确度较好.最后,利用VB和C语言,开发了Johnson-Cook材料本构集成建模系统,并验证了其使用效果的实用性.     

混凝土梁仿真模拟的混凝土材料本构模型的选取

钢筋混凝土的仿真是现代结构研究的重要工具,仿真研究离不开材料的本构模型。模型的选取主要依据本构关系的维数、实际受力状态和分析深度三个方面。     

《金属橡胶粘弹性本构模型研究》

应用金属橡胶的粘弹性拉压模型,使用通用有限元结构分析软件ANSYS通过平衡迭代求解获得其本构关系。结果表明理论计算曲线与实验曲线吻合较好,为金属橡胶理论的进一步研究打下基础。     

混凝土梁仿真模拟的混凝土材料本构模型的选取

钢筋混凝土的仿真是现代结构研究的重要工具,仿真研究离不开材料的本构模型。模型的选取主要依据本构关系的维数、实际受力状态和分析深度三个方面。     

金属塑性变形的本构模型研究

根据位错动力学理论,忽略动态应变时效因素,将塑性变形的流变应力分解为非热应力、热激活应力和粘拽阻力3部分,建立了一个基于物理概念的本构模型。对HSLA-65结构钢的力学行为进行了研究,试验温度为77～700K,应变率为0.001～0.1s-1,真实塑性应变超过60%。结果表明,塑性流变应力随温度的降低、应变和应变率的增加而增大;在一定的温度和应变率范围发生动态应变时效现象,并且随应变率的提高,该现象将移向更高的温区。通过模型预测与试验结果的比较可知,所给本构关系能很好地描述较宽的温度与应变率范围内的塑性流变应力。     

氟金云母微晶玻璃陶瓷的动态本构关系及断裂机理研究

为了研究氟金云母微晶玻璃陶瓷的动态力学性能及断裂机理,利用高速液压伺服材料试验机进行了动态压缩实验,得到试样中等应变速率下的动态力学参数,结果表明该陶瓷材料具有明显的应变率效应,并基于损伤力学理论,得到了该材料的弹脆性动态损伤本构方程。通过对试样断口微观形貌的SEM观测,并结合纳米压痕实验,分析了材料的断裂机理。从试样断口的宏观和微观形貌可得：材料断裂方式为脆性解理断裂,云母相与玻璃相交界面存在大量沿晶微裂纹;由纳米压痕实验验证了两相之间弱界面的存在,微裂纹最早成核于两相交界处,并沿弱界面扩展,成核载荷为20 mN。     

基于统计损伤理论的饱和细粒砂岩本构模型研究

为了更好地揭示饱和细粒砂岩在不同孔隙水压力作用下的损伤本构关系,基于损伤力学/概率统计方法和有效应力原理,采用MC强度准则假定微元强度服从对数正态分布,建立了基于统计损伤理论的饱和细粒砂岩本构模型,修正了统计损伤模型参数F_0、S_0与孔隙水压力之间的关系表达式,建立了能够更加客观地反映饱和细粒砂岩损伤状态的本构模型。理论与试验对比研究表明所建立的模型具有一定的可靠性,在此基础上,研究了统计损伤模型参数F_0、S_0对饱和细粒砂岩物理特征的影响,探讨了饱和细粒砂岩在不同围压、不同孔隙水压力下的损伤演化规律,为实际工程案例中饱和细粒砂岩的损伤变化提供了参考。     

基于本构模型的发泡聚乙烯缓冲特性曲线研究

目的 建立EPE本构模型,并基于本构模型研究EPE缓冲系数-最大应力曲线。方法 通过静态压缩实验得到EPE应力-应变曲线,利用三次Bezier曲线拟合实验曲线,根据拟合曲线求得缓冲系数,从而得到缓冲系数-最大应力曲线。结果 利用三次Bezier曲线拟合得到了EPE分段本构模型,基于本构模型建立了EPE分段缓冲系数-最大应力曲线参数方程。本构模型、基于本构模型建立的EPE缓冲系数-最大应力曲线均收敛于分段点（0.3,0.1075）,且当拟合应力值为0.4529 MPa时,得到缓冲系数最小值（5.0362）。结论 利用三次Bezier曲线拟合得到的应力-应变曲线与实验曲线有很好的拟合度,分别基于本构模型建立的和由实验数据得到的2条EPE缓冲系数-最大应力曲线有较好的拟合度,基于三次Bezier曲线拟合的本构模型研究EPE缓冲特性曲线是可行的。     

基于热力学定律的混凝土本构模型研究

由热力学定律出发,介绍了耗散函数的形式,给出了建立混凝土本构模型的方法和过程,并对参数的确定进行了讨论,得到了基于热力学原理的混凝土多轴本构关系和真实应力空间中的屈服准则、破坏准则及塑性流动法则。由此方法建立本构模型,引入假定较少,避免了假设"塑性势函数"的做法,得到的结果自动符合热力学原理,具有一定的普遍性。算例表明,该模型计算结果与试验结果符合较好。     

基于统计损伤理论的硫酸盐侵蚀混凝土本构模型研究

基于统计损伤理论及宏观试验现象,该文建立了考虑硫酸盐侵蚀影响的混凝土单轴、双轴压缩统计损伤本构模型。混凝土变形破坏被理解为细观断裂、屈服两种损伤模式的连续累积演化过程。硫酸盐侵蚀效应改变了混凝土微结构的组成成分和力学特征,进而改变了微裂纹萌生、扩展的形态以及损伤的累积演化过程,可通过改变断裂和屈服两种细观损伤机制演化过程的概率分布形态来模拟。分析结果表明：在硫酸盐侵蚀环境下,侵蚀程度的加深显著改变了混凝土细观损伤累积演化过程,最终导致混凝土宏观力学性能呈现先“强化”后“弱化”的现象。在此过程中,细观损伤演化过程呈现出明显地规律性,可由统计损伤模型中5个特征参数的变化规律表征。该文模型为复杂环境下侵蚀混凝土细观损伤过程预测和分析提供了新的方法和工具。     

基于Sigma点全局迭代参数卡尔曼滤波的折线型本构模型参数识别

折线型本构模型控制参数少,物理意义明确,但其数学表达式复杂因而识别困难。针对折线型本构模型的参数识别,提出基于Sigma点变换的全局迭代参数卡尔曼滤波算法。所提方法以待识别参数作为状态向量,降低状态向量维度,减少计算量;基于Sigma点卡尔曼滤波避免求解雅克比(Jacobian)矩阵,实现非连续型函数本构模型的参数识别;通过设定目标函数进行全局迭代,以获得最优解。由于非线性系统下一时刻响应与历史路径有关,量测更新时由初始时刻计算到当前时刻。最后,在地震荷载下,将隔震支座系统简化为单自由度双线性模型,将桥墩简化为单自由度Takeda模型,根据该文所提出的方法理念,分别基于无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)、容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)和球面单纯形径向容积正交卡尔曼滤波(spherical simplex-radial cubature quadrature Kalman filter,SSRCQKF)采样规则识别折线型本构模型参数。结果表明所提方法能够准确识别非线性参数,同时具有较强的鲁棒性,不同滤波器收敛过程及结果也有所差异。     

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。     

基于ABAQUS的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土损伤塑性本构模型取值方法研究

该文基于ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型（CDPM）,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的CDPM本构参数的取值方法,包括屈服面函数、塑性势能函数中参数的确定,以及单轴应力-应变关系的定义,并分析不同CDPM本构参数对数值结果的影响。通过对纤维混凝土材料的典型多轴加载力学行为以及混杂纤维混凝土柱构件的抗震性能进行了数值模拟并与文献试验结果进行对比,验证该取值方法的合理性及适用性。结果表明,采用CDPM并选择适当的本构参数能够准确地描述钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的非线性力学行为,该方法能够为纤维混凝土结构在复杂荷载状态下的精细化设计与分析提供参考。     

基于非正交本构模型的热塑性机织物预浸料宽温域赋形褶皱缺陷仿真方法

热塑性复合材料预制体的赋形质量直接影响结构件的制造质量。由于热塑性基体具有较高的熔融温度和黏度,赋形工艺温度设计不合理会导致褶皱等赋形缺陷,给热塑性复合材料结构高质量成型带来了挑战。现有的热塑性预浸料热成型研究主要基于连续介质力学、离散元、半离散元法,通过建立多机制耦合的本构模型分析热塑性预浸料的各向异性大变形行为,未充分考虑工艺调控对赋形宏观变形过程中褶皱缺陷的影响。发展了一种热塑性预浸料宽温域赋形褶皱缺陷仿真方法。通过表征热塑性机织物预浸料在不同温度、载荷下的力学性能,获取宽温域热塑性预浸料本构参数,基于非正交本构模型,提出了温度对热塑性预浸料赋形褶皱缺陷的作用规律,揭示了赋形过程中宽温域褶皱缺陷的变形机制,获得了赋形温度优化调控方案。研究结果表明：褶皱缺陷的萌生和演化过程由不同温度下的面内剪切和压缩变形行为共同影响,预浸料的褶皱缺陷变形程度随温度的增加而减弱,非正交本构模型的模拟结果与实验结果基本一致。     

高速干切削温度场的测量及仿真研究

分析了切削热的产生、热的传导以及切削温度的测量方法.对目前切削温度实验测量技术及数值模拟仿真技术的优缺点进行了比较.采用平面应变热力耦合切削模型,重点研究在高速干切削过程中,工件已加工表面的温度变化过程.根据试验测定工件材料的力学性能以及刀具-工件之间的摩擦特性,建立材料在切削变形过程中热产生以及热传导模型,并采用点跟踪的方法获取工件材料上任意位置点温度的变化过程.并将模拟计算得到的切削温度与实验测量结果进行了比较,两者具有较好的一致性.     

冲击荷载下混凝土本构模型及损伤延迟指标的参数研究

冲击荷载作用下混凝土材料中会引起高应变率.以损伤理论为基础,Eibl和Schmidt-Hurtienne模型考虑了高应变率作用下混凝土的"记忆效应",较客观地反映了混凝土的动态力学行为.在作者以前的研究中,采用循环逼近的方法可以确定该模型中参数取值,并引入了"相对半值损伤积累时间"指标以定量评价混凝土的动力损伤延迟,但该法以及指标的确定需要较多的数值消耗,难以应用于结构动力分析.为便于实际应用,研究模型中参数和指标在混凝土立方体抗压强度30MPa～60MPa以及应变率0.0001 s-1～100s-1范围内的取值,对模型中参数和指标的取值分别进行数据拟合并给出了相应表达式.     

1Cr18Ni9Ti不锈钢单轴棘轮本构模型研究

对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了室温单轴棘轮试验,研究了平均应力、峰值应力和棘轮历史对饱和棘轮应变的影响规律.结果表明,当平均应力大于一定范围后,饱和棘轮应变与峰值真应力之间存在单调函数关系,先前低峰值应力的棘轮历史,对后继高峰值应力的饱和棘轮行为无影响.给出了用于室温饱和棘轮应变预测的模型和用于棘轮应变演化预测的模型.模型的预测结果与试验结果基本吻合.     

服从分数导数Kelvin本构模型的粘弹性阻尼器的阻尼性能分析及试验研究

从分数导数的定义出发,提出了在经典粘弹性模型理论中采用Abel粘壶取代传统牛顿粘壶的新观点.将高分子粘弹性阻尼器在MTS831.10材料试验机上进行动态力学行为试验,对试验结果用分数导数模型进行拟合.结果表明,分数导数Kelvin模型可以同时精确地拟合高分子材料的存储模量和损耗模量随频率变化的曲线,而且其形式简单、统一.在计算过程中需要调整的参数很少.最后将分数导数模型引入静态特性公式,得出了圆筒状粘弹性阻尼器动态刚度与阻尼的表达式.