修正剪切GTN模型的缺口张角数值模拟

人为预制含特定几何参数的对称环状V型缺口是新型金属棒料低应力旋弯致裂精密下料的关键工艺之一,合理的缺口效应不仅降低下料所需外载荷,还能有效节约下料时间.为获取合理缺口,使用细观损伤理论和数值模拟相结合的方法,以金属棒料作为研究对象,通过修正剪切GTN模型,对缺口张角为30°、60°和90°对称时进行分析;结合ABAQU...     

基于改进GTN损伤模型的镁合金镦粗成形损伤及裂纹预测研究

镁合金在成形过程中极易产生开裂,精准的损伤预测可以为塑性成形工艺提供理论支撑。为此,基于含连续介质剪切损伤因子的Gurson-Tvergarrd-Needleman(GTN)损伤模型被应用于预测镁合金成形时的损伤演化,通过压缩试样的力-位移曲线标定了AZ31B镁合金的流动应力和剪切损伤参数,预测并验证了AZ31B镁合金在镦粗工艺下的表面损伤及开裂,扩展了模型对低应力三轴度下的成形工艺损伤预测的适用性。在此基础上,对AZ31B镁合金在受压条件下损伤成因、裂纹扩展进行了分析。结果表明,随着压缩位移的增加,镁合金侧面中心区域的切应力不断增加,在此作用下基体内部孔洞沿非垂直压缩方向伸长、聚合,最终形成宏观裂纹;镦粗后的试样侧面裂纹走向与垂直压缩方向所成角度范围为34°～46°,改进的GTN模型模拟结果为44°～54°,原始GTN模型模拟结果均呈90°;改进后的GTN模型可应用于预测镁合金在轧制、热冲压等工艺下的损伤演化行为,为后续工艺优化奠定基础。     

基于GTN模型的汽车座椅调角器失效分析

针对汽车座椅调角器在极限工况下发生的失效现象,通过建立有限元仿真模型的方法,得到各个零件的应力和变形分布,并为进一步的结构优化设计提供指导。其中调角器各个零部件采用弹塑性结合GTN模型的本构关系来描述,通过采用不同的流动应力模型和损伤参数,并与单轴拉伸试验结果对比,得到实际材料的力学参数组合。应用反向分析得到的材料参数赋予各个零部件,并采用显式动力学的方法对调角器进行仿真分析。结果表明滑槽板凸台根部区域出现了断裂剪切带。提出的方法为调角器的结构强度校核提供指导。     

基于GTN损伤模型的均质平板非共线平行双裂纹合并方式研究

为了对裂纹合并方式进行系统性研究,以均质平板中非共线平行双裂纹为研究对象,基于Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)损伤模型,结合试验,对双裂纹不同水平距离s(从0～1 mm)和垂直距离h(从0.4～2.0 mm)组合下,49个模型的合并方式进行研究。并以双裂纹水平距离s与裂纹长度a的比值为横坐标,双裂纹垂直距离h与裂纹长度a的比值为纵坐标绘制图形,对双裂纹合并规律进行了探索。结果表明：非共线平行双裂纹呈现出裂尖与裂尖合并、裂间与裂间合并以及裂尖与裂间合并3种合并方式,且各有特征。在以s/a和h/a为坐标绘制的图形中,3种裂纹合并方式有规律地分布在3个区域。在左上角h/a较大、s/a较小的区域发生裂尖与裂间合并,在右下角h/a较小、s/a较大的区域发生裂尖与裂尖合并,在中间区域发生裂间与裂间合并,可根据该图方便地确定裂纹合并方式。3种合并方式中,发生裂尖与裂尖合并的概率约占50%,发生裂间与裂间合并、裂尖与裂间合并的概率分别约占30%和20%。     

基于GTN损伤模型对含边部缺陷硅钢薄板冷轧时边裂的预测

采用拉伸试验和显微组织观测的方法确定了GTN损伤模型中的9个损伤参数,运用GTN损伤模型对冷轧硅钢薄板边部缺陷的扩展及边裂的产生进行了有限元模拟,并与预置缺口的钢板轧制试验进行对比。结果表明:轧制过程中边部缺陷是造成钢板边部裂纹萌生和扩展的一个重要原因,GTN损伤模型可用来预测含边部缺陷硅钢薄板在冷轧过程中边裂的产生;预测结果与试验结果基本一致。     

20g钢裂纹尖端区域临界空穴扩张比及裂纹起裂条件

摘要采用随动强化模型对三点弯曲试件进行弹塑性有限元分析，讨论了裂纹尖端的张开位移与最大应变间的关系。同时，从Rice-Tracey的空穴模型出发，用数值积分的方法计算VG值。对韧性材料裂尖空洞的形成原因，空洞与主裂纹汇合的条件等进行了分析探讨，所得结果与本文的实验及文献[8]的结果是一致的。     

剪切修正GTN模型在小冲杆试验中的应用研究

小冲杆试验作为一种非标准的微试样测试技术,能有效地获取薄板结构的材料参数。而选用合适的损伤模型对准确表征材料变形到断裂的整个过程有着重要影响。基于NAHSHON提出的含剪切修正项的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型,通过有限元软件ABAQUS及用户自定义子程序VUMAT考察不同应力三轴度对断裂失效的影响。采用有限元模拟和拉伸试验获得冷轧硅钢材料的无损伤弹塑性力学参数以及GTN损伤演化模型中的形核参数和临界断裂参数,通过纯剪切试验和数值模拟的对比确定出材料中微孔洞的剪切变形对材料损伤演化的贡献。运用剪切修正的GTN模型对小冲杆试验进行模拟,结果表明,由于修正GTN模型考虑了微孔洞剪切畸变的对材料损伤影响,模拟结果比原GTN模型更接近于试验数据,可更好地应用于小冲杆试验的研究。     

基于修正GTN模型的高压水泵主轴断裂失效检测

主轴断裂失效会导致高压水泵内部高压水喷出,可能引起事故,严重者甚至影响人身安全。高压水泵主轴处于水泵的内部,检测参数的选择和测量存在很大的不确定性,且最为判断特征的轴体振动信号中,强噪声会干扰阈值信号的判断,影响失效检测结果的准确性。提出一种基于修正GTN模型的高压水泵主轴断裂失效检测方法。利用速度传感器测定高压水泵主轴的振动信号,通过小波包分析对振动信号去噪处理,结合修正GTN模型,搭建基于故障树的高压水泵主轴断裂失效检测模型,对高压水泵的主轴断裂失效情况检测。实验测试结果表明：所提方法具有较低的误检率以及较高的查全率,能够有效提升检测效率。     

基于响应面法剪切修正GTN模型损伤参数的确定

采用Nahshon-Hutchinson剪切修正GTN损伤模型对小冲杆试验进行有限元仿真。以硅钢板为研究对象,基于有限元仿真和因子试验设计方法,研究了损伤演化参数对小冲杆试验载荷-位移曲线的影响程度,得出影响模拟准确性的关键参数为f_N、ε_N、k_s,并应用响应曲面法确定了这些参数的取值;断裂参数f_c、f_F以小冲杆试验载荷-位移曲线模拟和实验结果对比的方法进行标定。最后,基于不同厚度的小冲杆试样进行实验和模拟结果对比,验证了所确定参数的有效性。     

扩散与幂率蠕变联合控制的孔洞受约束长大模型研究

高温环境下,材料蠕变变形与断裂的微观机制主要是晶界的孔洞化.蠕变过程中孔洞的长大是一种非常复杂的行为,很多因素会对孔洞的长大产生影响.基于扩散和幂率蠕变耦合控制孔洞长大理论,建立了新的孔洞受约束长大模型.研究结果表明:在孔洞长大速率主要由扩散控制的区域,基于本文提出的模型预测的孔洞长大速率与基于Needleman-Ri...     

基于发动机转速调节特性CVT速比模糊控制仿真研究

针对发动机的负荷特性和转速调节特性,建立了发动机的稳态转矩模型并确定了发动机的最佳动力性和经济性曲线,然后使用经济性加权系数法计算得出发动机的目标转速。将动力传动系统简化成双旋转质量模型,通过整车的数学模型利用Simulink建立物理模型,提出基于发动机转速调节特性的速比模糊控制方法,并分别对起步工况、制动工况和循环工况进行仿真。仿真结果显示:可以实现实际速比对目标速比很好的跟随效果,说明基于发动机转速调节特性的速比模糊控制方法能够很好的应用于速比控制。     

基于Krylov子空间法的MEMS降阶建模与仿真

获得系统的宏模型是MEMS系统级建模与仿真的关键。将Krylov子空间理论与方法应用于MEMS降阶建模,介绍了Krylov子空间的理论基础,针对MEMS中常见的静电—结构耦合系统,建立了有限元动力学方程,运用修正Arnoldi算法得到降阶模型。算例表明,经大幅度降阶得到的模型真实地反映了系统地运动状态,大大缩短了求解时间,降低了计算复杂度。     

基于粘弹性接触模型的行波型超声波电动机特性模拟

基于粘弹性摩擦层在定子表面的行波超声波电动机接触模型,利用MATLAB方法,模拟分析了摩擦材料的厚度和弹性模量对电动机特性的影响。分析结果表明,摩擦材料厚度越小,弹性模量越大,电动机的负载特性越好。当摩擦材料的厚度在0．5 mm以下、负载力矩在36 N·mm以上时,界面转换效率值较高。而当磨擦材料的厚度在0.2 mm左右时,界面转换效率有一个最大值。因此,摩擦材料的厚度一般应选择0．2 mm。当摩擦材料的弹性模量大于1．5 GPa时,在较大的负载力矩范围内,电动机的界面转换效率均较高,因此电动机具有较好的驱动能力。这些结果对电动机摩擦材料的选择有一定的理论指导意义。最后将此模型与现今研究较多的柔性转子和刚性定子模型进行了比较。结果表明,以此模型为基础的行波型超声波电动机可以获得较大的输出力矩。     

基于FE-EFG耦合算法的疲劳裂纹扩展数值模拟方法

为了提高计算效率,提出采用一种新的数值模拟方法,耦合的有限元—无网格伽辽金方法(finite elementmeshfree Galerkin method,FE-EFG),计算含裂纹构件的位移场。在靠近裂纹尖端的区域采用EFG节点离散,在其他区域用有限元离散,充分利用两者的优势,避免各自的不足。根据获得的位移场,提出一种基于EFG方法的虚拟裂纹闭合法,用以计算应力强度因子。给出一种新的节点更新法用以模拟裂纹的扩展,用Paris法则确定裂纹扩展的速率。最终得到一种新的疲劳裂纹扩展数值模拟方法。数值算例表明,所提方法的计算结果与实验结果基本一致。     

基于裂纹闭合解析模型和神经网络理论的疲劳裂纹扩展速率的计算

用裂纹闭合的解析模型作为计算模型,运用神经网络理论对其中的协调方程进行求解,给出了相应的神经网络的结构和参数;对２２１９Ｔ８５１铝合金板材的疲劳裂纹扩展速率的计算进行了数值模拟,与实测结果对比相差很小。计算时间为电路时常数数量级。     

基于实验模型的人工髋关节磨损仿真

利用优化的等离子喷涂工艺参数制备了HA/Zr O2复合涂层,根据均匀设计方法以及二次多项式逐步回归分析,并使用销盘摩擦试验机,建立涂层磨损率关于压力与速度的表达式。利用有限元理论结合磨损率模型的方法,对人工髋关节进行磨损仿真并探讨关节间隙对磨损的影响。通过对磨损率预测模型验证表明,该模型在较大范围内具有较好的预测效果。人工髋关节磨损仿真显示,随着磨损次数的增加,髋臼接触压力逐渐减小,而接触区域不断扩大;涂层的磨损体积近似呈线性增长,而线磨损量的增长速度由快到慢。同时,随着关节间隙的增大,髋臼的磨损体积减小,而最大磨损深度增加。     

基于材料非稳态疲劳损伤过程的可靠性分析智能化仿真方法

材料的疲劳损伤受诸多因素的影响 ,是一个非稳态过程 ,其瞬态损伤与材料性能、载荷应力间表现为复杂的非线性映射关系 ,难以用确定性的数学函数准确表达。为此摒弃了能量均匀耗散及线性累积损伤理论假设 ,采用神经网络技术进行描述 ,准确反映了材料疲劳损伤真实演变过程 ;建立了疲劳失效动态准则 ,综合考虑了材料疲劳性能及载荷的随机性 ,能够正确反映两者的个体性能及相互关系 ,并运用离散事件仿真原理 ,构造了材料疲劳可靠性分析和智能化仿真系统 ,用以准确地进行随机载荷的疲劳寿命可靠性分析。经正火 35钢随机载荷疲劳试验验证 ,其可靠性分析精度较高。     

惯性效应对延性金属中微孔洞动态演化过程的影响及破坏分析

利用Abaqus提供的用户材料本构接口,将Gurson模型用UMAT(user defined material subroutine)和VUMAT(vectorized user defined material subroutine)分别实现。其中UMAT适用于Abaqus中的Standard计算模块,忽略惯性效应,而VUMAT适用于Abaqus中的Explicit计算模块,包含惯性效应。通过对二者的计算结果进行对比分析,考察惯性效应对孔洞长大的作用与影响。结果表明:(1)惯性效应对加载速率非常敏感,随着加载速率的提高,惯性效应先是抑制,继而促进孔洞的长大。(2)存在一个临界应变率,在临界应变率时,惯性效应不抑制也不促进孔洞的长大,对LY12CZ铝合金,临界应变率大约在1 740 s-1。(3)从惯性效应的角度,不但可以解释高应变率下断裂应变随应变率的增加而增大的现象,而且也能解释超高应变率条件下铝合金表现出的脆性特征。     

粘弹性材料中裂纹增长的仿真研究

针对含裂纹的粘弹性材料结构,根据粘弹性断裂理论分析裂纹增长的条件.建立基于裂纹周围小范围滑动的计算模型,采用Laplace转换关系,可以将粘弹性边界值问题变为弹性边界值问题处理,在所得到的表达式中并不直接含有弹性常数,因此它能较好地描述粘弹性问题.得到描述含裂纹粘弹性材料在不同的时间裂纹增长情况的裂纹增长速率以及蠕变时间解析解.并按照所建立的计算模型对不同的材料性质、不同的裂纹尖端应力强度因子、不同的外载荷对裂纹增长速率及蠕变时间的影响进行探讨.