线搜索增强的率相关晶体塑性本构积分算法及数值实现

建立在晶体微观变形机制上的晶体塑性本构理论提供了研究细观尺度上晶体材料力学行为的理论与方法.在率相关晶体塑性本构积分方法中,Newton-Raphson(N-R)迭代方法往往是迭代求解剪切应变增量的核心算法.为了提高采用N-R迭代算法的晶体塑性本构积分方法的效率,在理论上采用线搜索方法对N-R迭代方法的迭代步长进行再规...     

T300／5222叠层板的非弹性行为─—非线性蠕变

对Ｔ３００／５２２２复合材料叠层板在不同温度水平下以及非稳态的加－卸载作用下的材料行为进行了理论和实验研究。在Ｃｏｌｅｍａｎ－Ｎｏｌｌ的热力学本构框架之下进行讨论并提供了确定Ｔ３００／５２２２复合材料叠层板的非线性蠕变积分型本构方程的理论依据。利用实验数据确定了方程中的材料系数。此方程在预测不同载荷水平和方式作用下的材料行为时,与实验结果相符合。     

鸟撞平板试验与鸟体本构参数识别方法

准确可靠的鸟体本构模型与参数是开展结构抗鸟撞分析和设计的基础。为获取鸟体本构参数,在139m/s的速度下,开展鸟体撞击铝合金薄板试验,并测得了撞击载荷、平板变形和应变数据;结合ISIGHT和PAM-CRASH软件,以薄板被撞击位置的法向变形为优化目标,提出一种鸟体本构参数识别方法。将识别得到的参数代入数值模型并开展数值分析,提取平板变形结果和撞击载荷数据,并与试验测试数据进行比较。结果表明,平板变形仿真结果与试验数据具有很好的一致性,撞击载荷分析结果与试验数据基本一致,证明了本文所建立的鸟体本构参数识别方法的有效性。     

基于筏化的镍基单晶合金高温蠕变模型

采用应力法以及界面能法对不同取向的镍基单晶合金在950℃下的筏化类型进行了预测.上述两种方法的筏化预测结果一致,[001]取向为N型筏化,[011]取向为P型筏化,[111]取向不筏化.进一步,根据筏化预测结果以及晶体滑移理论,结合Kachanov-Robotnov（K-R）损伤演化公式,建立了一个镍基单晶合金蠕变模型,采用该模型并结合商用有限元软件Abaqus的用户材料子程序（UMAT）二次开发接口,对[001],[011]和[111]取向下的CMSX-4镍基单晶合金,在950℃,180~450MPa应力条件下的蠕变变形行为进行了模拟.该模型能够准确预测镍基单晶合金的筏化类型以及滑移系开动规律,更加符合材料的蠕变变形物理机制,因此模型可以对镍基单晶合金的高温蠕变曲线的第2,3阶段进行很好的模拟,并得到了试验的验证.      

双脉冲发动机EPDM软隔层黏超弹本构模型

三元乙丙橡胶（EPDM）用于软隔层式双脉冲固体火箭发动机软质脉冲隔离装置（PSD）时,主要在Ⅰ脉冲工作时起到绝热抗烧蚀作用,同时保证Ⅱ脉冲能够可靠工作。根据橡胶类材料连续介质力学理论,建立了描述EPDM软隔层在有限变形下的黏超弹本构模型。模型由超弹部分和非线性黏弹性部分构成：超弹部分在Mooney-Rivlin模型的基础上进行了改进,使之能够描述大应变时的硬化现象;非线性黏弹性部分采用广义黏弹性模型,采用无量纲形式的KWW方程替代了传统的Prony级数,使得用2个参数就能预测较大应变率范围内的力学响应。利用万能材料实验机对EPDM软隔层进行了多步松弛实验和单轴等速率拉伸实验,然后根据实验结果,采用分步拟合的方法求出模型参数,利用所建立的本构模型对其余的实验结果进行预测并与实验结果进行比较,对比结果表明所建立的模型能较好地预测EPDM软隔层伸长比在800%以内的单轴等速拉伸响应。最后利用文献中的实验数据验证了所建立的模型能够较好地预测多种工况下的力学响应。     

基于曲率修正的弧齿锥齿轮齿面设计

针对弧齿锥齿轮小轮齿面复杂,加工参数调整计算繁琐,根据小轮切齿加工数学模型,构建与小轮齿面具有相对传动关系的共轭大轮齿面。以完全共轭大轮为基准面,提出一种大轮差齿面曲率修正构建方法。对差齿面和完全共轭齿面叠加后得到的大轮目标齿面进行离散齿面接触分析,结果显示,采用临界干涉法可有效判断啮合状态,真实获得离散齿面的啮合印痕和传动误差曲线。弧齿锥齿轮的滚检试验结果表明,利用齿面曲率修正的方法对完全共轭大轮进行Ease-off二阶修形设计,得到的接触区位置和啮合迹线方向符合满足预定的传动性能。设计的目标齿面可以作为弧齿锥齿轮大轮精密锻造的标准齿面,避免了小轮齿面加工参数的二次调整计算。     

形状记忆合金薄板低速冲击载荷下热力耦合行为分析

进行形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)薄板不同冲击能量条件下低速冲击实验,以SMA 热力学本构模型为理论基础,通过数值手段对超弹性SMA 薄板的冲击响应进行仿真分析,探究冲击载荷作用下SMA 热力耦合行为特征。结果表明:数值仿真结果与实验数据吻合良好,有效表征了SMA 薄板冲击过程中的变形、相变、耗散、温变等热力耦合行为特征。     

血管壁内应力分布研究

应力一直被认为是影响动脉血管平滑肌细胞组织性质变化的重要因素.利用零应力状态和张开角的概念,推导受内压的血管壁的内力分布的解析解,并对具体的实例进行计算分析.计算结果表明,张开角对于沿血管壁厚度方向变化的圆周方向应力分布具有非常强烈的影响.      

结构动力学模型修正的一种参数型方法

从连续系统出发,利用应力-应变关系和惯性力公式推导出一种能量范数的本构关系误差公式,用它来构造结构动力学模型修正问题的数学模型;然后根据系统的稳态位移响应,通过一个迭代过程来求解.参数的估算与不完整的实验数据的扩充相互耦合,引入扰动项来反映参数的改变对扩充的影响.仿真算例对实验数据精确和有噪声2种情况进行了研究,结果表明方法合理、可行.      

纤维增强复合材料有效性能分散性

利用改进算法的宏-细观统一通用单胞本构模型,采用Monte-Carlo方法研究了不同纤维形状、不同纤维排列方式以及纤维体积含量对纤维增强复合材料弹性模量、泊松比和热膨胀系数的分散性的影响。研究结果表明:复合材料有效性能的分散性小于组分的分散性。随着纤维体积比的增加,纵向有效性能的分散性加大;而横向有效性能除了椭圆形纤维的短轴方向的热膨胀系数之外,其它性能的分散性则都是下降趋势。纤维截面形状和排列方式对纵向性能的分散性几乎没有影响。方形和圆形纤维时,横向性能的分散性几乎相同,而椭圆形纤维时,则与它们有明显的差别。不同纤维排列方式下,横向性能的分散性都是不一样的。对于E₁₁和G₁₂,六角形和方形对角排列时其分散性较大,而矩形排列引起的分散性最小。随着纤维体积比的增加,不同排列方式下,横向热膨胀系数的分散性趋近于一致。本文得到的结论为复合材料及结构的概率设计提供了重要的参考。