考虑土渐近状态特性的应力应变关系

在经典弹塑性理论框架下,根据SMP(Spatially Mobilized Plane)破坏准则并结合变换应力方法,通过引入准弹性体积模量的概念,建立了用增量法表示的考虑土渐近状态特性的三维应力应变关系式.针对三轴压缩应力条件,给出了相应的简化应力应变增量矩阵,以三轴压缩试验中的常规三轴压缩、不排水剪切和控制应变增量比的3种应力路径为例,推导出了便于应用的应力应变增量关系式.最后,利用文中的公式进行了预测分析和试验对比,结果表明:新推导的公式能方便地预测考虑渐近状态特性下土的应力应变关系,并能合理描述试验结果.     

统一硬化模型在复杂加载条件下的应用

超固结土模型是能够描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等特性的简单、实用的模型,与剑桥模型相比,仅增加了一个材料参数(Hvorslev面斜率).采用基于SMP(Specialy Mobilized Plane)强度准则的变换应力方法对模型实现了三维化.在模型中应用加卸载准则来反映复杂加载条件下土体的应力应变特性,模拟了随着循环次数的增加,土体会逐渐变硬,剪切模量逐渐增大、孔隙比减小、超固结程度不断增大等趋势.由循环加载以及真三轴试验数据和预测结果的基本吻合表明了模型能够合理地反映复杂加载条件下土的变形特性.      

考虑膨胀效应的UH模型及其有限元实现

超固结非饱和土统一硬化(UH)模型在分析超固结非饱和土问题中有广泛的适用性,其不仅可以使超固结状态下的湿化模拟更为合理,也能够反映超固结非饱和土的硬化、软化等特性。在超固结非饱和土本构模型的基础上,考虑土体团粒的吸水膨胀作用,提出了考虑膨胀效应的UH模型。该模型只比超固结非饱和土UH模型增加了一个参数,不仅能够描述普通加载路径下超固结膨润土的应力应变特性,还能反映其在湿化路径下的膨胀效应。基于有限元软件的二次开发平台,进行了考虑膨润土膨胀效应UH模型的有限元实现,并通过对三轴试验和膨胀力试验的数值模拟,验证了模型子程序的合理性。      

Chaboche随动硬化模型参数确定及棘轮效应

采用遗传算法确定不同Chaboche随动硬化模型的参数,得到的3种模型中,四分量模型对棘轮的预测与试验结果符合最好.增大应力幅值或应力平均值,都会使应变峰值增大,应变累积速度加快;利用确定的四分量模型研究加载顺序对棘轮的影响.结果表明,平均应力加载顺序对棘轮预测有较大影响,加载顺序高-低的累积应变低于加载顺序低-高的累积应变,而且先加载的平均应力越大,后加载的载荷产生的累积应变越小;而应力幅值加载顺序对应变累积几乎没有影响.     

多轴疲劳寿命分析方法在飞机结构上的应用

针对飞机结构上常见的处于多轴应力应变(比例多轴)状态下的典型结构,采用3种多轴疲劳寿命分析模型,对该结构的疲劳危险部位进行疲劳寿命分析,并与单轴寿命分析方法的分析结果、疲劳试验结果进行了对比分析。首先对该结构进行细节有限元计算,确定结构的应力分布与应力水平,当载荷施加到88%的最大一级的峰值载荷时,疲劳危险部位的孔边即出现显著的塑性应变,因此,选用低周疲劳(LCF)寿命预测模型进行分析。选取的3种分析模型均是基于临界面的分析模型,分别是Wang-Shang模型、Smith-Watson-Topper(SWT)模型以及Morrow-Brown-Miller模型。为验证分析模型工程适用性,开展了该结构的多轴疲劳试验。与试验结果相比,3种分析模型的预测结果均偏大,其中Wang-Shang模型的预测结果最接近试验值,适用于本文这类结构;SWT模型和Morrow-Brown-Miller模型的预测结果误差相对较大。对于处于多轴载荷状态下的结构,应按照多轴疲劳寿命分析方法进行寿命预测,单轴疲劳寿命分析方法将给出过于危险的评定结果。      

非比例循环加载条件下砂土的变形特性

采用香港科技大学的空心圆柱扭剪仪对砂土进行了剪应力幅值和应力主轴耦合循环变化的非比例加载排水试验.试验控制条件为:在剪应力幅值周期性变化的同时应力主轴相对试样的沉积方向在0°~180°之间循环旋转.着重分析了这一复杂非比例循环加载条件下砂土的变形特性,包括3个正应变分量的发展、剪应力剪应变关系以及体应变随循环周数的变化关系.其中体应变的主要规律为:随循环周数的增加,砂土的体缩应变不断累积,但累积速率呈递减趋势.试验同时发现剪应力幅值的变化幅度对砂土的变形特性有显著影响.     

球形压头压入中摩擦对材料参数识别的影响

利用量纲分析原理和有限元方法,研究了球形压头压入中摩擦对于幂强化材料塑性材料参数识别的影响.通过定义一种基于能量的表征应变,根据识别的两个压入深度的表征应变和表征应力,得到材料的塑性特性;最后研究了摩擦对压入响应、表征应力及材料参数提取的影响.研究结果表明,摩擦对压入的影响与材料的应变硬化指数、弹性模量与屈服极限的比值及弹性功与总功的比值密切相关,弹性功与总功的比值越大,摩擦的影响越小;摩擦对材料参数提取的影响不可忽略,当摩擦系数未知时,对于压入过程中弹性功与总功的比值较大的材料,近似取摩擦系数为0.15,能得到较合理的材料参数识别的结果.      

蜂窝结构异面变形动态塑性坍塌力学

在蜂窝结构静态塑性坍塌应力理论计算模型的基础上,建立了蜂窝结构在冲击载荷作用下的动态塑性坍塌应力的理论计算模型.考虑应变率对蜂窝结构动态力学性能的影响,使用Cowper-Symonds模型建立了静态塑性坍塌应力与动态塑性坍塌应力之间的关系;基于薄板弯曲理论,由平均冲击速度得到了应变率的计算公式,进而得出动态塑性坍塌应力关于冲击速度与静态塑性坍塌应力的函数关系.使用LS-DYNA动力学软件模拟了铝合金蜂窝结构在冲击载荷作用下的异面变形,数值计算结果与理论模型计算结果一致.     

可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析

完成了可重复使用液体火箭发动机推力室再生冷却槽热力循环载荷下的蠕变非弹性热结构分析,对比研究了各向同性硬化和随动硬化定律对冷却槽结构分析的影响,并在多循环结构场基础上分析了冷却槽"狗窝"失效过程.结果表明可以通过选取热传导率差别小的内外壁材料、优化几何结构改善温度场及结构场;各向同性和随动硬化结构曲线变化趋势相似,但塑性应变有较大差别,残余应变相差约0.06%;多循环加载中每个循环的结构曲线形状相似并不断右移,硬化效应明显,低周疲劳损伤和蠕变损伤分别取决于循环载荷下的应变和应力值.     

成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了Hill48,Hill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果, Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.      

山区机场高填方地基变形分析

目前山区机场大量采用高填方工程,高填方地基沉降变形问题是个亟待解决的重要问题。首先,基于统一硬化（UH）模型,通过研究含石量与内摩擦角和黏聚力的关系,并基于扩展SMP准则和变换应力,将含石量引入到UH模型中,建立了考虑含石量的UH模型;应用当前屈服面与平均主应力轴交点的变化规律作为考虑含石量UH模型加卸载的判断准则,实现了硬化和软化的统一考虑;采用半隐式回映应力更新算法,将加卸载判断准则应用到应力更新算法中,实现了考虑含石量UH模型的有限元应用。其次,应用考虑含石量UH模型的有限元程序,对土石混合料的大型三轴试验进行了计算分析,计算结果和实测结果进行对比,验证了有限元程序的有效性。最后,应用考虑含石量UH模型的有限元程序,对山区机场高填方地基进行了三维有限元分析,得到了地基沉降监测点的竖向位移随时间的变化曲线,并与不考虑含石量UH模型、修正剑桥（MCC）模型计算得到的曲线及工程实测数据进行了比较,得到了高填方地基的竖向位移云图、侧向位移云图、孔隙水压力云图和超静孔隙水压力随时间的变化曲线,从而得到了机场高填方地基的位移和超静孔隙水压力变化规律,说明了考虑含石量UH模型在分析山区机场高填方地基变形方面的合理性。      

基于极限应变分析的十字形试件有限元设计

为了通过十字形双向拉伸试验来实现复杂加载,研究复杂应变加载路径下板材的极限应变,采用有限元数值模拟技术,设计出臂上及中心区带槽的十字形双向拉伸试件,建立了有限元计算模型.基于试件在拉伸时中心区受力均匀并能实现大变形的条件下,优化出较佳的试件形式,通过调节速度加载边界条件可实现中心区不同的应变路径,为复杂应变路径下成形极限的研究提供基础.      

基于多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统

针对目前微细成形中材料屈服、强化行为实验研究的不足,提出通过建立多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统,实现超薄板在复杂加载路径下的性能表征测试。双向加载实验系统基于四轴独立驱动的硬件组成和上、下位机分布式控制策略,采用数字散斑测量（DIC）计算实验过程的应变。通过建立交流永磁同步电机（PMSM）控制模型,辨识了速度闭环控制参数。在非线性PID控制方法实现单轴位置闭环控制的基础上,基于虚拟主轴法实现了不同位移/载荷比例条件下的四轴同步运动。双向加载实验结果表明:同步控制精度满足位移小于等于0.02 mm、载荷小于等于0.05 kN的要求,可用于超薄板微尺度屈服和强化行为的实验研究。