基于梯度塑性理论的单向拉伸低碳钢试样颈缩分析

采用非局部的梯度塑性理论 ,得到了断面收缩率及颈缩区内部不同位置直径的解析解。应变软化越严重 ,颈缩程度越大。在颈缩区域中部 ,半径最小。在颈缩区域内轴向拉应力分布是不均匀的 ,在颈缩区域中部 ,其值最大 ,而在颈缩区域边缘 ,其值最小。随着流动拉应力的降低 ,颈缩区域中部的真应力持续增加。在应变软化过程中 ,断面收缩率持续增加 ,但增加的速度越来越慢。梯度塑性理论可以较好的描述低碳钢等韧性金属材料的局部化颈缩现象     

考虑水致弱化及应变梯度的断层岩爆分析

研究了岩石含水量对断层．围岩系统稳定性及岩爆(冲击地压)对韧性断层变形的影响。含水量不仅影响岩石强度，也对应力．应变曲线应变软化阶段斜率有影响。基于梯度塑性理论和水致弱化函数，得到了剪切带内部的塑性剪切应变、总剪切应变及塑性剪切位移的分布规律。此外，还得到了不同含水量时剪力．塑性剪切位移的关系。研究结果表明：随着岩石含水量的增加，塑性剪应变降低，塑性剪切位移降低；含水量越大，则弹性阶段越短，耗散势能越小，外力功越小，断层岩爆释放的弹性能量也越小；岩石的含水量增加，则断层．围岩系统不容易发生失稳。     

岩样失稳回跳与直剪试验机-岩样系统失稳回跳关系研究

研究了岩样及直剪试验机-岩样系统的弹性回跳不稳定性。将试验机简化为具有一定高度和剪切模量的钢块，利用梯度塑性理论得到了直剪试验机．岩样系统的剪应力．剪应变的理论关系。当不考虑钢块的高度时，这一关系便蜕化为岩样的剪应力-平均剪应变的理论关系。如果试验机-岩样系统回跳，那么岩样可能失稳回跳，也可能不失稳回跳；当钢块高度及剪切模量比值越大，试验机-岩样系统越容易发生失稳回跳。当这一比值较大时，纵然岩样不回跳，系统也会回跳：当这一比值较小时，只有当岩样回跳，系统才会回跳；当系统不回跳时，试样必不回跳。试样回跳，必然导致系统回跳：如果试样不回跳，则系统可能回跳，也可能不回跳。理论结果可解释若干常见的实验现象。     

一种连续-非连续方法验证及矩形隧道围岩垮塌模拟

提出了一种适于模拟岩石材料变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂缝模型的有关原理。首先,针对弹性滑块沿固定斜面下滑及三点弯梁开裂问题进行了模拟,以检验该方法的正确性。然后,针对矩形隧道围岩模型位移控制加载条件下的变形、开裂及垮塌过程进行了模拟。结果表明:位于隧道两帮、顶部和底部的最大主应力低值区(最大主应力值下降区)的形状呈半圆形;随着加载的进行,位于隧道顶、底部的任一个最大主应力低值区被分化成“双耳形”;随后,隧道顶、底部发生开裂,冒落及底鼓发生,隧道两帮也发生开裂;最终,松散的岩块几乎充满了半个隧道,隧道围岩整体垮塌。     

基于两种DIC方法的含孔洞土样变形破坏观测

正确认识不同数字图像相关(DIC)方法的应变计算结果的差异有助于该方法的正确使用。岩土材料变形破坏过程中应变场的准确测量对于正确认识岩土材料的变形破坏机理具有重要的意义。利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统,在垂直方向位移控制加载条件下开展了平面应变含孔洞土样(受内压和侧压作用)变形破坏过程实验研究。利用两种DIC方法(即中心差分方法和局部位移场最小二乘拟合方法)计算了应变场。与此同时,还根据清晰剪切带所处位置布置了曲折测线,并在其两侧布置了平直测线,详细地比较了两种DIC方法的应变计算结果的差异。发现了下列结果:随着纵向应变的增加,含孔洞土样最大剪切应变的分布由均匀分布向不均匀分布转化,并最终导致含孔洞土样发生贯穿土样的剪切破坏;2条平直测线上最大剪切应变不相等,剪切带内变形程度大于带外。利用局部位移场最小二乘拟合方法能较好地获得含孔洞土样孔洞表面附近的应变,当计算窗口=5×5个点时,应变更准确、平滑性更好,而利用中心差分方法获得的应变误差较大,且无法获得土样孔洞表面附近的应变。     

基于Newton-Raphson迭代与PSO数字图像相关方法

鉴于基于Newton-Raphson（N-R）迭代的数字图像相关方法对迭代初值的敏感性问题,提出了一种基于N-R迭代与粒子群优化（PSO）算法的数字图像相关方法。该方法利用了PSO算法中的全局搜索能力与N-R迭代中的局部搜索能力,通过它们的交替迭代以改善初值;以改善后的初值进行最后的N-R迭代。经检验,该方法比N-R迭代对初值的要求宽松。这是由于在N-R迭代与PSO算法多次交替迭代之后,位移和应变的初值都得到了一定的改善。对相似材料模型受载破坏后表面上的点的位移和应变进行了计算,获得了较好的结果。     

基于数字图像相关方法的单轴压缩煤样应变局部化过程试验

为了进一步揭示煤样的应变局部化过程,利用数码相机记录单轴压缩煤样一个观测表面的散斑场,采用数字图像相关方法计算应变场,根据清晰应变局部化带位置布置相互垂直的测线,获得了最大剪切应变的变异系数与纵向应力的依赖关系。研究发现:(1)子区尺寸及测点间距不会对最大剪切应变的变异系数-纵向应变曲线的发展趋势产生影响;(2)应变局部化带法向的最大剪切应变分布左右并非严格对称,应变局部化带切向的最大剪切应变分布并非均匀,前者应与煤的非均质性有关,后者反映了应变局部化带的传播;(3)随着纵向应变的增加,应变局部化带宽度有变窄的趋势,应变局部化带法向的最大剪切应变剖面有变陡峭的趋势;(4)只有应变局部化带经历由模糊到清晰的过程才能引起最大剪切应变的变异系数的突增,此时,应变局部化出现时的纵向应力与单轴抗压强度之比为0.56。     

扩容角对圆形巷道岩爆过程的影响

利用FLAC模拟了不同扩容角时圆形巷道的岩爆过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的FISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化—理想塑性行为。文章的模拟分为3步:首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的FISH函数,开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态。模拟结果表明,随着扩容角的增加,剪切带变宽,岩爆坑变深,破坏单元数目增多,破坏区变大。当扩容角较低时,高剪切应变集中于"狗耳"形岩爆坑位置,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较大;当扩容角较高时,高剪切应变集中于巷道周边的一些位置上,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较小。该研究结果与Roscoe,Arthur理论相符。     

钛合金绝热剪切带宽度的演变规律研究

根据梯度增强的Johnson-Cook模型,对Ti-6Al-4V绝热剪切带中心区域的宽度(绝热剪切带宽度w5%)随平均塑性剪切应变的演变规律进行了预测。结果表明,随着平均塑性剪切应变的增加,w5%先是快速减小,然后趋于稳定。当绝热剪切带总宽度为0.3235mm时,w5%的稳定值接近Ti-6Al-4V绝热剪切带宽度的上限(55μm);当绝热剪切带总宽度为0.0705mm时,w5%的稳定值接近Ti-6Al-4V绝热剪切带宽度的下限(12μm)。绝热剪切带宽度受多种因素影响,例如,材料特性、加载速度、环境温度、应力及应变状态。本文的分析是在绝热条件下进行的,不存在塑性功率与热传导达到平衡(稳态)的假定。     

Temperature distribution in adiabatic shear band for ductile metal based on JOHNSON-COOK and gradient plasticity models

1 Introduction Adiabatic shear localization is one of the most important deformation and failure mechanisms in some titanium alloys subjected to moderate and high shear strain rates. Adiabatic shear band(ASB) can be observed in various applications, such as metal forming, perforation, impact on structures, ballistic impact, machining, torsion, explosive fragmentation, grinding, interfacial friction, powder compaction and granular flow[1?15]. The formation of ASBs is often followed by ductile…