复合推进剂线粘弹本构方程的细观力学分析(Ⅰ)球形颗粒增强效应分析

从基体和微粒本构关系出发, 应用Ｅｓｈｅｌｂｙ 等效夹杂理论及宏观平均理论的分析方法, 确定复合体的本构关系, 从细观层次揭示弹性微粒对粘弹基体的增强效应。     

复合推进剂线粘弹本构方程的细观力学分析(Ⅱ)非球颗粒增强效应分析

应用等效夹杂的细观力学理论,针对一种与取向相关的细长椭球颗粒填充情况,研究复合固体推进剂粘弹本构方程。发现颗粒对基体的增强效应主要体现在颗粒的纵向,得到了颗粒无序取向对基体的增强效应与颗粒单轴取向对基体沿该取向的增强效应之间存在一个定量的等效关系。     

密度变化时金属橡胶材料的非线性本构关系

以多孔材料理论为基础,干摩擦非线性理论为依据,并结合小曲梁模型建立金属橡胶材料的非线性本构关系,对空心圆柱形金属橡胶材料的静态试验结果进行拟合,得到非线性本构关系模型中的各项系数与密度的变化关系式,从而实现对该材料在密度发生变化情况下的本构关系的预估。     

高度对金属橡胶材料力学性能的影响

根据以多孔材料理论为基础建立的非线性本构关系,通过对空心圆柱形金属橡胶材料做静态试验并对试验数据进行拟合,得到了非线性本构关系模型中各项系数与材料高度的变化关系,发现材料的高度越大,材料的非线性本构关系的各项系数的绝对值越大,从而实现了对由金属橡胶材料所组成的结构在密度和承载面积一定,高度发生变化情况下的非线性本构关系的预估。最后运用算例进行验证,说明运用金属橡胶材料非线性本构关系的各项系数和材料高度的关系式能准确地预估材料的非线性本构关系。     

基于连续损伤模型的复合固体推进剂力学性能研究

为了模拟复合固体推进剂本构关系,利用连续损伤力学理论并耦合线性累积损伤来建立含有损伤变量的本构模型。模型中推进剂累积损伤利用Miner线性累积损伤法则,损伤演化利用蠕变损伤演化规律,无损条件下的推进剂本构关系利用三元件波因廷模型。该模型提供了一种基于损伤本构关系来研究推进剂力学性能变化的有效方法。     

正交各向异性材料弹性本构关系分析

首先给出了正交各向异性材料在材料主轴坐标系中的弹性本构关系。并由此导出了工程上常用的定向结晶材料和单晶材料的弹性本构关系。根据应力和应变的转轴公式,导出了在总体坐标系中的正交各向异性材料的弹性本构关系,同时给出了定向结晶材料和单晶材料不同方向的弹性系数之间的关系。     

基于非局部理论的一维损伤模型的有限元算法

为了解决损伤局部化问题的网格依赖性,采用非局部理论,从损伤本构关系中引入特征长度入手,建立非局部损伤本构模型。提出了一种新的单元,将位移、非局部应变和非局部应变梯度作为基本的未知量,引入了C-1连续的形函数,并推导了非局部损伤本构模型的有限元格式。在ABAQUS中进行了二次开发,嵌入了本文提出的单元和本构模型,并用ABAQUS软件分析了一维损伤结构的受力情况。计算结果表明,数值模拟与理论推导结果的总体趋势吻合得较好,证明了本文方法的正确性与可行性。     

密度和形状因子变化时金属橡胶材料的本构关系

 以多孔材料理论为基础,干摩擦非线性理论为依据,并结合小曲梁模型建立了金属橡胶材料的非线性本构关系,通过对14种密度和形状因子都不同的空心圆柱形金属橡胶材料做力与位移关系试验,并对试验数据进行拟合,得到了非线性本构关系模型中的各项系数值、材料的密度、材料的形状因子三者之间的变化关系式。由该关系式可知,当材料的密度和形状因子同时发生变化时,已知一种金属橡胶材料的密度和形状因子,就可预估该材料的各项系数值,从而就可预估金属橡胶材料在密度和形状因子同时发生变化情况下的非线性本构关系。最后从14种试件以外取2种金属橡胶试件进行算例验证,证明所采用的预估金属橡胶材料在密度和形状因子同时发生变化时的非线性本构关系的方法是合理的、有效的。     

基于修正N-S方程本构关系的气体动理论耦合方法

随着稀薄程度的增加,Navier-Stokes方程的线性本构关系难以正确描述稀薄气体输运特性,高阶非线性本构关系往往数学形式极为复杂,对数值求解造成稳定性差等问题。为了发展适宜于近空间飞行器气动特性分析的高超声速稀薄流动模拟方法,本文利用求解Boltzmann模型方程的气体动理论统一算法(Gas Kineitc Unified Algorithm, GKUA)对应力张量、热流等宏观量数值积分求解的优势,提出了一种基于数值修正N-S方程本构关系的气体动理论耦合方法。通过将GKUA获得的应力张量及热流用于修正N-S方程的本构关系,实现了存在局部稀薄效应的流动模拟,并且通过可压缩平板边界层、圆柱绕流问题的数值模拟,验证了方法的有效性。     

金属丝网橡胶的本构关系

通过对圆环形金属丝网橡胶成型制造过程的分析,在圆环嵌套模型基础上,结合干摩擦非线性理论和小曲梁模型建立了金属丝网橡胶材料的非线性本构关系,对不同相对密度的金属丝网橡胶试件进行了静态压缩实验,通过实验数据确定了本构关系方程的各项系数并实验结果进行比较.研究结果表明:建立的本构关系模型可以很好地描述金属丝网橡胶的非线性力学特性,实验结果能够较好地符合理论结果,并且该模型反映了相对密度、网格大小和网格宽度等参数的影响,从而实现了对材料结构刚度的预估.      

本构关系对连续介质损伤力学基本方程适定性的影响——一维弹性损伤情况

许多工程材料当变形超过某一极限时由于损伤都会出现应变软化行为。首先从非局部理论出发,推导了应变梯度损伤本构方程;然后利用一阶拟线性偏微分方程组的特征理论,在一维弹性损伤情况下分析了两种不同的本构模型,即 Kachanov损伤本构方程与应变梯度损伤本构方程,对连续介质损伤力学基本方程适定性的影响。结果表明,当损伤发展时,与 Kachanov损伤本构模型相关的连续介质损伤力学的基本方程是不适定的;而与应变梯度损伤本构模型相关的,则无论损伤是否发展,其基本方程始终是适定的。这说明在连续介质损伤力学的本构方程中必须考虑材料内部微结构的尺度效应。     

J-C本构参数对绝热剪切影响的敏感性分析

 综合考虑应变、应变率和温度对绝热剪切的影响,通过理论推导建立了基于J-C本构方程的绝热剪切失稳判据。以45号钢、TC4钛合金和7050航空铝合金3种不同的金属晶格材料为例,计算得出了出现锯齿形切屑的临界切削速度,并以临界切削速度为参量,以敏感度作为衡量敏感性的统一标准,进行了本构参数对绝热剪切的敏感性分析,旨在说明J-C本构参数对绝热剪切的影响大小,为材料的本构研究和工程中绝热剪切的预测提供一定的理论参考。研究结果表明:3种材料中,TC4钛合金对绝热剪切的敏感性最大;J-C本构参数对锯齿形切屑的出现皆有影响,对绝热剪切的敏感性最大的是本构参数A,次大的是硬化系数n。     

等离子热障涂层失效机理的数值分析研究

针对带等离子喷涂热障陶瓷涂层的圆筒金属基体结构在典型热循环载荷作用条件下的力学响应进行了数值计算,基于陶瓷层中的应力结果对陶瓷层剥落失效机理展开了分析.计算时对陶瓷层材料分别按理想线弹性本构和黏塑性本构模型开展了模拟.分析发现,陶瓷层的界面(横向)开裂存在两种模式:在降温过程中,陶瓷层容易出现界面波峰处的Ⅰ型开裂与腰部位置处的Ⅱ型开裂;在升温过程中,陶瓷层容易发生垂直开裂使结构中出现陶瓷层/基体的界面端,界面端部严重的应力集中效应使陶瓷层容易在该处横向开裂形成界面处的边裂纹.      

含二相粒子非线性粘弹性聚合物材料界面脱粘研究

研究了含二相粒子聚合物材料中粒子界面脱粘问题。首先提出了三维应力状态下具有非线性粘性效应的聚合物基体材料的本构关系;其次,对无限大聚合物基体中粒子-基体界面脱粘问题进行了分析,导出了求解界面脱粘临界时间的方程,并且给出了常应变条件下界面脱粘时间表达式;最后通过数值计算,讨论了界面脱粘临界时间的影响因素。计算结果表明:粒子尺度、加载速率、界面粘结能和非线性粘性参数对界面脱粘时间有重要的影响。     

金属橡胶材料的理论模型研究

金属橡胶因此类金属构件具有类似橡胶的弹性而得名。本文从金属橡胶的成型工艺特点出发,以弹簧理论为基础,通过建立金属橡胶材料的力学模型,对材料的刚度特性进行理论分析,给出了金属橡胶材料的本构关系,为开发金属橡胶材料的产品设计与应用提供理论依据。      

GH4169高温合金高应变率本构关系试验研究

 基于高应变率下GH4169高温合金的本构关系是采用有限元法对GH4169高温合金进行切削加工数值分析研究的基础。本文针对GH4169高温合金,通过试验对其在温度为室温至1 000 ℃、应变率为2 000～10 000 s^-1的范围内的本构关系进行了研究。研究发现高应变率下GH4169高温合金的流动应力与塑性应变关系接近线性关系,同时温度影响着高应变率下应变率对本构关系的影响程度及方式。根据GH4169合金流动应力曲线的特点,对Johnson-Cook本构模型进行修正。基于试验结果,通过数据拟合确定了对应高应变率GH4169高温合金的材料常数,建立了描述GH4169高温合金高应变率下的本构模型,为切削加工有限元数值分析提供了理论基础,并为相关类似研究提供了思路。     

三维机织复合材料细观黏弹性梁模型

建立了两种组合梁模型,分别模拟3D机织复合材料内部和表面纤维束的细观结构,模型反映了纤维束细观结构和变形的周期性,考虑了纤维束的局部弯/剪耦合效应和局部偏轴效应。实验确定了一种树脂基体各向同性蠕变本构的参数,在此基础上建立了纤维束横观各向同性的蠕变本构模型,将基体和纤维束的蠕变本构应用于上述细观组合梁模型,用于分析3D机织复合材料宏观平均的黏弹性应力应变响应。用上述模型分析了一种环氧树脂/玻纤体系3D机织复合材料的细观应力分布和平均宏观模量,模拟了其蠕变、弹性回复曲线,模型预测与实验结果吻合。     

金属膜片贮箱的膜片变形分析

采用旋转对称壳体的变矩理论, 并将流变韧性引入应力－应变本构关系, 分析了金属膜片贮箱正向排放过程膜片的变形, 数值求解预示了膜片压差和推进剂剩余量。计算结果与试验值相比, 膜片压差和变形过程基本一致, 膜片顶点位移值吻合较好     

30CrMnSiA缺口试样低周疲劳寿命研究

缺口会导致严重的应力集中,并降低结构的使用寿命,研究缺口部位的低周疲劳寿命具有重要意义。基于弹塑性全量理论建立30CrMnSiA材料的弹塑性本构关系,采用损伤力学-有限元法预测30CrMnSiA材料缺口试样的低周疲劳寿命,并与相应的试验结果进行对比。结果表明:基于弹塑性全量理论建立的弹塑性本构关系方法合理,采用损伤力学方法得到的疲劳寿命预测结果基本满足工程实际要求,该方法可用来对30CrMnSiA缺口试样进行低周疲劳寿命预测。     

机织结构预成型体本构关系和剪切性能

综述了国内外纺织预成型体的剪切性能及其本构关系的研究进展。在简要介绍机织预成型体的分类及其结构和特性的基础上,从实验方法、本构关系以及变形模拟等方面概述了纺织预成型体剪切性能的研究进展,对比分析了纺织预成型体剪切性能的测试方法,描述了纺织预成型体剪切变形的几何非线性和材料非线性的特征,总结了纺织预成型体的本构模型以及可成型性数值模拟方面的研究成果,并提出了目前存在的问题和今后的发展方向。