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大锻件内部空洞热锻闭合的Z-C判据及其应用

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机械工程学报 2009年第1期45卷 148-153页

作者：张效迅崔振山上海交通大学国家模具CAD工程研究中心上海200030

大锻件内部空洞闭合是一个多尺度问题。基于细观塑性理论和体胞模型,推导出大锻件内部空洞的体积演化方程,通过分析空洞闭合的力学条件,建立大锻件高温成形过程中内部空洞闭合的Z-C判据。Z-C判据对人们熟知的定性结论能够从理论上给出... 详细信息

大锻件内部空洞闭合是一个多尺度问题。基于细观塑性理论和体胞模型,推导出大锻件内部空洞的体积演化方程,通过分析空洞闭合的力学条件,建立大锻件高温成形过程中内部空洞闭合的Z-C判据。Z-C判据对人们熟知的定性结论能够从理论上给出定量解释,发现硬化指数、远场应力三轴度和等效应变对空洞闭合均有重要影响,并揭示出影响规律。数值模拟研究表明,运用Z-C判据和CAE技术不仅可以判断空洞是否闭合,而且可以模拟空洞的体积变化过程,揭示空洞演化规律。Z-C判据为大锻件锻造工艺的优化设计提供了一条新途径。

关键词：空洞演化规律闭合判据大锻件细观力学体胞模型

基于修正的GTN模型分析韧性材料的细观循环损伤

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基于修正的GTN模型分析韧性材料的细观循环损伤

作者：靳丽莉广西大学

学位级别：硕士

Gurson模型开创性地将孔洞作为描述损伤的变量考虑进材料的本构关系当中,对推动细观损伤力学的发展具有非常重要的作用。关于Gurson模型的各种修正形式讨论很多,其中最重要的就是修正GTN模型。为考虑交变载荷的作用,通过引入背应力,将... 详细信息

Gurson模型开创性地将孔洞作为描述损伤的变量考虑进材料的本构关系当中,对推动细观损伤力学的发展具有非常重要的作用。关于Gurson模型的各种修正形式讨论很多,其中最重要的就是修正GTN模型。为考虑交变载荷的作用,通过引入背应力,将只能考虑单调载荷作用的GTN模型改造成可以计算交变载荷作用下材料力学响应的本构模型。因孔洞在受力过程中的演化过程与应力状态密切相关,对体胞模型施加不同载荷可控制应力三维度,从而得到不同应力状态下含孔材料力学响应的近似规律。将修正GTN模型与体胞模型的计算结果作比较以进行参数拟合分析,可以得到模型中与孔洞相关的参数q1、q2、q3的取值。我们发现：q2对孔洞随时间变化的曲线影响很大,q1则与初始孔洞率呈线性关系,而如此改进的GTN模型能合理描述单轴和多轴拉拉循环载荷下的棘轮效应。文中重点探讨了拉压循环载荷作用下,通过修正GTN模型与体胞模型的比较分析,拟合得到拉压循环载荷作用下模型参数q1、q2、q3,并讨论了参数的适用范围。发现引入背应力后的修正GTN模型对多轴循环载荷的通用性具有局限性,按给定载荷条件确定的模型参数对不同受力条件的模型响应与体胞模型差异较明显。

关键词：修正GTN模型应力三维度体胞模型孔洞循环载荷棘轮效应

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切口试样破坏过程试验与细观数值分析

机械强度 2004年第1期26卷 72-75页

作者：余海东张克实张光吴艳青西北工业大学工程力学系西安710072

对切口圆棒试样与切口板试样进行单向拉伸试验和有限元数值分析 ,以试样最小横截面上各点变化的应力应变场为体胞演化的载荷控制条件 ,采用三维含球形微孔洞体胞模型分别对各点微孔洞长大规律进行数值模拟。结果表明 ,在试样得到的断口... 详细信息

对切口圆棒试样与切口板试样进行单向拉伸试验和有限元数值分析 ,以试样最小横截面上各点变化的应力应变场为体胞演化的载荷控制条件 ,采用三维含球形微孔洞体胞模型分别对各点微孔洞长大规律进行数值模拟。结果表明 ,在试样得到的断口韧性区域内 ,微孔洞的生长速度较快 ;试样失稳前微孔洞相对体积百分数最大的区域与试验时试样的起裂位置一致 ,因而证实微孔洞的演化是导致试样材料在拉伸条件下破坏的主要原因。

关键词：切口试样体胞模型微孔洞相对体积百分数有限元数值分析韧性材料

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截面形状对材料微孔洞损伤破坏的影响

机械工程学报 2002年第9期38卷 22-26页

作者：张光张克实冯露余海东耿小亮西北工业大学工程力学系西安710072

为探讨截面形状对金属材料微孔洞损伤破坏的影响,针对圆形、矩形横截面缺口试样进行了拉伸破坏、预拉伸低温冲断试验,断口扫描电镜观察及有限元计算;用细观力学模型计算了缺口试样断裂时微孔洞长大体积率沿断口的分布和断口的起裂位置,... 详细信息

为探讨截面形状对金属材料微孔洞损伤破坏的影响,针对圆形、矩形横截面缺口试样进行了拉伸破坏、预拉伸低温冲断试验,断口扫描电镜观察及有限元计算;用细观力学模型计算了缺口试样断裂时微孔洞长大体积率沿断口的分布和断口的起裂位置,并模拟了断口上起裂处微孔洞长大。结果表明:截面形状对材料微孔洞损伤演化有较大的影响,圆形、矩形横截面缺口试样断裂时起裂处微孔洞长大体积率相差较大,微孔洞长大的临界值不是材料常数;用R-T模型、GTN模型模拟非轴对称三轴应力状态下材料微孔洞损伤演化有较大的误差。

关键词：塑性应变微孔洞体胞模型应力三轴度金属材料

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含旋转椭球形夹杂复合材料的弹塑性本构关系

固体力学学报 2002年第3期23卷 257-268页

作者：夏嵩王自强中国科学院力学研究所 LNM北京100080

在体胞模型的基础之上应用解析方法分析了颗粒或短纤维增强复合材料的本构行为 ,结合数值计算给出了表征材料本构关系的解析表达式 .提出了一种新的正交椭球坐标变换以简化推导过程 .在计算中 ,将真实位移场分为两部分 :基本场和扰动场 ... 详细信息

在体胞模型的基础之上应用解析方法分析了颗粒或短纤维增强复合材料的本构行为 ,结合数值计算给出了表征材料本构关系的解析表达式 .提出了一种新的正交椭球坐标变换以简化推导过程 .在计算中 ,将真实位移场分为两部分 :基本场和扰动场 ,然后通过摄动方法将原来的非线性问题转化为一组线性方程组的求解 .计算了当基体材料和夹杂的特征参数取不同值时的应力应变曲线 ,并与已有的实验和分析结果进行了比较 ,符合得较好 .通过对数值计算结果的拟合 ,提出了一个颗粒或短纤维增强复合材料的弹塑性本构关系的解析表达式 .

关键词：旋转椭球形夹杂复合材料弹塑性本构关系体胞模型扰动场摄动法

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正交各向异性弹塑性材料中微孔洞的扩张

机械强度 2002年第2期24卷 246-249页

作者：张光张克实西北工业大学工程力学系西安710072

针对正交各向异性弹塑性多孔材料 ,用有限元方法计算分析内含球形微孔洞的三维六面体体胞在不同三轴应力状态下的变形。结果表明 ,在一定的应力三轴参数下 ,改变作用在体胞上的主应力方向 ,微孔洞长大速度则发生明显的变化 ;其次 ,在较... 详细信息

针对正交各向异性弹塑性多孔材料 ,用有限元方法计算分析内含球形微孔洞的三维六面体体胞在不同三轴应力状态下的变形。结果表明 ,在一定的应力三轴参数下 ,改变作用在体胞上的主应力方向 ,微孔洞长大速度则发生明显的变化 ;其次 ,在较低的应力三轴参数下 ,当Lode参数 μσ=-1时 ,微孔洞长大速度较快 ;各向异性程度越高 ,微孔洞扩张越快。

关键词：正交各向异性弹塑性材料微孔洞扩张体胞模型

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初始损伤非均匀性条件下的材料细观损伤演化

机械科学与技术 2003年第1期22卷 118-120页

作者：李晓红张克实西安石油学院机械工程系西安710065 西北工业大学工程力学系西安710072

采用孔洞群三维体胞模型对孔洞大小及分布非均匀性情况下的材料损伤进行模拟计算。结果表明 :孔洞非均匀性增强了局部的孔间干涉作用和孔洞的长大 ,引起材料损伤局部特性不均 ,表明非均匀细观结构较均匀化假设更易于造成材料的损伤和破... 详细信息

采用孔洞群三维体胞模型对孔洞大小及分布非均匀性情况下的材料损伤进行模拟计算。结果表明 :孔洞非均匀性增强了局部的孔间干涉作用和孔洞的长大 ,引起材料损伤局部特性不均 ,表明非均匀细观结构较均匀化假设更易于造成材料的损伤和破坏 ;Gurson修正模型中采用常系数 q1 和 q2 描述孔间干涉作用是不够准确的 ,q1 、q2 是一个逐渐增大的变化量。

关键词：材料细观损伤非均匀性孔洞群干涉作用体胞模型

韧性材料中微孔洞绕夹杂形核及其后续损伤演化的初步研究

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韧性材料中微孔洞绕夹杂形核及其后续损伤演化的初步研究

作者：王玲玲西北工业大学

学位级别：硕士

对韧性材料而言，空穴的演化是造成材料损伤的重要因素，而在以往的细观分析中，往往未考虑空穴绕夹杂或二相粒子形核及形核对后续的空穴演化过程的影响，将变形过程中逐步形核的空穴看成事先已存在于材料中，因... 详细信息

对韧性材料而言，空穴的演化是造成材料损伤的重要因素，而在以往的细观分析中，往往未考虑空穴绕夹杂或二相粒子形核及形核对后续的空穴演化过程的影响，将变形过程中逐步形核的空穴看成事先已存在于材料中，因此只关注于材料中空穴的后续演化（空穴的扩张及聚合）。而事实上，空穴的形核是一个贯穿于大部分塑性变形范围的连续性过程，对材料的损伤发展具有重要的影响。因此有必要对空穴的整体演化过程进行深入了解。为此，本文采用大变形有限元法，对材料中空穴型损伤细观演化机理进行了较为全面，系统的分析，主要作了以下几个方面的工作： 1 从空穴形核的细观物理过程出发，揭示了体胞的宏观应力三维度及夹杂粒子的尺寸效应对空穴形核的影响。计算结果表明：宏观应力三维度越高，夹杂粒子的相对尺寸越大，空穴初始形核应变越小。 2 从空穴的演化机制出发，运用控制体胞宏观应力三维度和Lode参数的大变形有限元法，对含球形夹杂材料的损伤演化进行了考虑空穴形核过程的有限元模拟与分析。计算结果表明： Ⅰ 应力三维度T对体胞、孔洞的变形及孔洞的演化均有显著影响。（1）应力三维度T的大小影响微孔洞的变形状态：低应力三维度下，微孔洞的形核几乎贯穿于整个加载过程，微孔洞是边长大边形核，形核对微孔洞后续演化的影响不容忽视，孔洞以形状改变为主，夹杂粒子的存在起着抑制微孔洞形状改变的作用;高应力三维度下，微孔洞的形核过程一般比较短暂，形核对微孔洞后续演化的影响不大，孔洞以体积改变为主。但即使在这种高应力三轴度情况下，当Lode参数为零时，在考虑夹杂粒子间相互作用的三维体胞中，由于夹杂粒子的存在，微孔洞的形状改变也很明显。这说明空穴形核在材料损伤演化中具有重要作用，在对微孔洞绕夹杂的演化现象进行分析时，考虑其形核过程是十分必要的。（2）体胞模型的选择对微孔洞细观损伤分析影响不大。（3）夹杂/基体界面法向粘结强度影响微孔洞的整体演化。 Ⅱ 同一应力三维度T下，Lode参数不同对体胞、微孔洞的变形及微孔洞的演化均有显著影响。 Ⅲ 夹杂粒子间的相互作用影响材料的细观损伤。

关键词：应力三维度 Lode参数体胞模型孔洞形核韧性破坏细观模型有限元

钢筋混凝土榫传剪器类本构行为的细观力学模拟方法

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钢筋混凝土榫传剪器类本构行为的细观力学模拟方法

作者：董营西南交通大学

学位级别：硕士

采用有限元非线性仿真分析的方法结合既有试验数据,对处于剪-拉复合应力状态下的钢筋混凝土榫传剪器的力学性能进行了研究。基于之前国内外学者进行的有限元研究,根据细观力学中的体胞模型,提出一种计算效率高且精度上满足工程需要的关... 详细信息

采用有限元非线性仿真分析的方法结合既有试验数据,对处于剪-拉复合应力状态下的钢筋混凝土榫传剪器的力学性能进行了研究。基于之前国内外学者进行的有限元研究,根据细观力学中的体胞模型,提出一种计算效率高且精度上满足工程需要的关于钢筋混凝土榫传剪器的有限元分析方法。主要工作如下： (1)对当前钢筋混凝土榫传剪器的发展现状、以及受力机理进行分析和总结。 (2)借用复合材料本构行为研究中的体胞模型提出了一种关于钢筋混凝土榫传剪器的新型力学模型。以荷载-滑移量关系等效为原则,采用均质的等效材料代替钢筋混凝土榫传剪器及其周围一定范围内的混凝土,将复杂的钢筋混凝土榫传剪器构造加以简化,以利于提高有限元分析的计算效率。 (3)通过已建的钢筋混凝土榫传剪器的有限元非线性分析模型,结合既有试验数据的对比及参数分析探讨以下内容： Ⅰ.对体胞模型假定一位移场,满足其边界上的位移边界条件,采用摄动法,利用级数构造一含待定参数的体胞位移场,其边界值为零,将上述两个体胞位移场进行叠加。 Ⅱ.根据体胞内等效材料的本构关系,由位移场计算体胞应力场及应变能,根据势能极小原理确定位移场中的待定参数。 Ⅲ.计算体胞边界的变形及所承担的荷载,与传剪器群的荷载-滑移试验曲线对照,从而确定体胞中波动位移公式中参数取值。

关键词：钢筋混凝土榫传剪器体胞模型摄动法最小势能原理