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机械工程学报 2024年第2期60卷 62-80页

作者：陈鑫杨立飞于雪龚颖颖吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022 大众汽车(安徽)有限公司合肥230601

细观损伤力学分析广泛应用于韧性金属损伤、断裂、成形极限预测等领域。Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型是细观损伤力学领域最为重要的经典模型之一。该模型将材料的细观孔洞演化过程与宏观力学行为相结合,描述材料在外部载荷... 详细信息

细观损伤力学分析广泛应用于韧性金属损伤、断裂、成形极限预测等领域。Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型是细观损伤力学领域最为重要的经典模型之一。该模型将材料的细观孔洞演化过程与宏观力学行为相结合,描述材料在外部载荷作用下的细观损伤机理及宏观损伤失效行为。大量试验研究表明,在剪切载荷为主的应力状态下,材料内部孔洞体积分数并没有明显增加,但依然会发生失效。由于传统GTN模型只考虑孔洞体积分数变化对金属材料损伤行为的影响,使得GTN模型并不适合中、低应力三轴度下的损伤及断裂预测,因此多位学者都对原始GTN模型进行了修正。概述细观损伤力学和GTN模型的发展历程,并分析GTN模型的几种典型修正方法及其适用范围和优劣势,总结GTN模型参数标定方法。将GTN细观模型在工业领域中的应用分类整理,展望GTN模型的发展趋势,可为今后GTN模型的研究与应用提供参考。

关键词：细观损伤 GTN模型损伤力学塑性成形剪切修正

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基于剪切修正GTN模型的高强钢材及T形焊接接头断裂性能研究

基于剪切修正GTN模型的高强钢材及T形焊接接头断裂性能研究

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作者：王涛北京交通大学

学位级别：硕士

摘要:高强度钢结构的推广及应用是建筑科技发展的必然趋势,但高强钢材较普通钢材变形能力差,焊接连接的脆变倾向更加严重。因此,本文基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)微观损伤断裂预测模型,系统开展了国产Q460高强钢材及T形对接焊... 详细信息

摘要:高强度钢结构的推广及应用是建筑科技发展的必然趋势,但高强钢材较普通钢材变形能力差,焊接连接的脆变倾向更加严重。因此,本文基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)微观损伤断裂预测模型,系统开展了国产Q460高强钢材及T形对接焊接接头的断裂性能研究,力求为复杂高强钢节点及体系的力学性能研究提供科学依据及技术支撑。具体研究内容如下:(1)取材自国产Q460C钢板母材、焊缝和热影响区,加工39个光滑和缺口圆棒试件,又取材自国产Q460D钢板母材,加工24个光滑平板、凹槽平板及矩形缺口试件,共进行了 33例单向拉伸和30例超低周疲劳试验。结果表明,Q460高强钢母材单拉延伸率超过25.1%,滞回断裂应变约为6%;焊缝和热影响区单拉延伸率分别为23.7%和26.6%,滞回断裂应变仅为3.2%和4.4%;Lode角参数相同时,随应力三轴度增大,钢材强度提高,断裂位移显著下降;Lode角参数趋近于0时,钢材的微细观破坏机理异于“微孔穴的形核、增长和聚合”。(2)采用单面成形全熔透对接焊接技术加工10个板厚、夹角不同的T形接头,分别完成5例单向拉伸及5例超低周疲劳试验。结果表明,焊接接头试件的“应力-应变”曲线无屈服平台,塑性变形能力较母材、热影响区和焊缝显著降低,5个单拉试件的断裂“延伸率”在7.6%～11.7%之间变化,滞回断裂“应变”低至2.6%以下;薄板T形焊接接头延性最差,厚板、钝角接头试件的延性有显著提高。(3)利用传统GTN模型对单向拉伸材性试件进行精细化数值分析,分别识别了 Q460高强钢母材、焊缝和热影响区的GTN模型损伤参数,发现传统GTN模型可准确预测中、高应力三轴度时钢材的断裂时刻,但对Lode角参数接近于0的试件,效果略差。(4)编写VUMAT用户材料子程序,将剪切修正的GTN模型嵌入ABAQUS软件中,实现了 Q460高强钢T形焊接接头的断裂模拟,给出了适合焊接接头的剪切损伤参数值。

关键词： Q460高强钢应力三轴度 Lode角参数 GTN 剪切修正焊接接头

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考虑剪切修正的剪切强度

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大连船研 1998年第3期 3-8页

作者：白玉刚

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功能梯度板弯曲和自由振动分析的简单精化板理论

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固体力学学报 2023年第1期44卷 96-108页

作者：高祥雨王壮壮马连生兰州理工大学理学院兰州730050

论文提出了一种可用于分析功能梯度板弯曲和自由振动行为的简单精化板理论.该理论分析功能梯度板的弯曲时只需三个未知量,而分析功能梯度板的自由振动时只需一个未知量.与包含三个未知量的经典板理论相比,论文提出的简单精化板理论考虑... 详细信息

论文提出了一种可用于分析功能梯度板弯曲和自由振动行为的简单精化板理论.该理论分析功能梯度板的弯曲时只需三个未知量,而分析功能梯度板的自由振动时只需一个未知量.与包含三个未知量的经典板理论相比,论文提出的简单精化板理论考虑了横向剪切效应,提高了计算准确度.与一阶剪切变形板理论不同,该简单精化板理论引入了多项式型剪切应变函数,满足板上下表面剪切应力为零的边界条件,因此不需要剪切修正.通过与已有文献的比较,验证了该简单精化板理论的准确性和便捷性,并基于该简单精化板理论研究了功能梯度板的弯曲和自由振动力学行为.

关键词：功能梯度材料简单精化板理论剪切修正弯曲自由振动

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复合材料板壳结构振动特性分析的一种高精度有限元

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弹箭与制导学报 1996年第4期 40-45页

作者：余旭东倪健西北工业大学

用九节点退化等参元作为复合材料板壳结构振动特性有限元分析的单元，该元素考虑了复合材料板壳的剪切变形，进行了剪切修正；并使用选择积分技术进行数值积分。沿厚度方向上的积分，采用层状模型。用波前子空间迭代法解出复合材料板壳... 详细信息

用九节点退化等参元作为复合材料板壳结构振动特性有限元分析的单元，该元素考虑了复合材料板壳的剪切变形，进行了剪切修正；并使用选择积分技术进行数值积分。沿厚度方向上的积分，采用层状模型。用波前子空间迭代法解出复合材料板壳结构的固有频率，并与解析结果进行了比较。计算结果表明该单元用于复合材料板壳的动态特性分析具有良好的精度，并大大节省内存。

关键词：复合材料板壳退化等参元剪切修正波前子空间迭代法

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复杂梁式结构模型降阶及降阶模型修正

复杂梁式结构模型降阶及降阶模型修正

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作者：王立忠大连理工大学

学位级别：硕士

当代工程计算中会遇到飞行器这类复杂细长结构的动力学仿真和优化设计,使用有限元技术很容易建立这类结构的精细模型用于结构静力分析,但是由于大型复杂结构动力学分析及动力优化的计算工作量非常大,几乎不可能对这类有限元模型进行分... 详细信息

当代工程计算中会遇到飞行器这类复杂细长结构的动力学仿真和优化设计,使用有限元技术很容易建立这类结构的精细模型用于结构静力分析,但是由于大型复杂结构动力学分析及动力优化的计算工作量非常大,几乎不可能对这类有限元模型进行分析和优化。因此基于这类结构的精细有限元模型建立一个满足工程计算要求的简化模型,实现复杂结构的快速动力分析和优化,在很多设计部门仍然非常有价值。本论文的研究正是基于这些需求。基于梁理论中的平截面假设,将结构每个截面上的有限元节点通过位移转换阵凝聚到该截面的形心。在引入有限元法中梁单元的位移插值函数并建立模型降阶转换矩阵,改进解决了基于平截面假定降阶法要求有限元模型具有规整网格的条件、对网格过密的模型所建立的转换阵过大这些问题,使该方法应用于任意网格及几何形状较为复杂的模型。把原梁式结构精细模型划分为不同的梁段,利用基于梁平截面及位移插值函数的动力模型降阶方法把每个梁段降阶为一个超梁单元,并按照一定次序组装成自由-自由超梁模型。自由-自由超梁模型可以用于实现多种边界条件下结构的频率分析,频率分析结构表明超梁模型不仅计算精度和效率高,而且模型建立灵活,可以处理不同情况下的结构模型,适用范围广。但是降阶模型的一些模态参数会产生误差。需要对降阶模型进行修正。本文针对某一圆柱壳结构,用橡胶绳把结构吊起来来模拟自由自由状态,采用自振法,进行实验模态分析,得到结构低阶模态值,主要包含频率和振型。在此基础上,用ANSYS建立精细圆柱壳结构模型,在基于梁平截面假定及的位移插值函的动力降阶方法建立超梁模型,同时使超梁模型的自由度与试验测量自由度一一对应,引入剪切修正系数概念,以剪切修正系数为修正参数,以模态试验的前若干阶的频率与振型结果为基准,采用SCE-UA多极值域下的全局最优解算法,对超梁模型进行修正,修正后的超梁模型,其频率和振型和试验结果相关性得到了进一步的提高。

关键词：动力模型降阶模态实验频率分析模型修正剪切修正

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基于细观损伤的热冲压零件力学性能研究

基于细观损伤的热冲压零件力学性能研究

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作者：王丹彤大连理工大学

学位级别：硕士

随着汽车产销量的不断增加,近年来,环保问题及节能减排问题日益突出,汽车轻量化设计问题也逐渐被人们所重视,高强度钢由于其高强度、高硬度的特点,对其热成形工艺的研究逐渐成为了目前学术研究的热点。高强度硼钢22MnB5在热成形后其脆... 详细信息

随着汽车产销量的不断增加,近年来,环保问题及节能减排问题日益突出,汽车轻量化设计问题也逐渐被人们所重视,高强度钢由于其高强度、高硬度的特点,对其热成形工艺的研究逐渐成为了目前学术研究的热点。高强度硼钢22MnB5在热成形后其脆性提高,韧性下降,因此,对于热成形硼钢的损伤及破裂研究也十分必要。作为车身中的抗撞及吸能部件,薄壁帽形结构件是其中最常用的设计。本文根据高强度热成形的工艺流程,对硼钢22MnB5进行了淬火处理,通过单向拉伸试验研究了不同温度淬火后材料的力学性能。为了描述材料的变形及断裂过程,本文采用GTN细观损伤模型对其进行了仿真计算,通过响应曲面及遗传算法相结合的有限元反算法得到了适用于不同淬火温度的细观损伤参数。由于GTN模型中定义的材料损伤参数为基体内部的孔洞体积分数,当应力三轴度较低时,GTN模型将无法与预测剪切里造成的材料软化及破裂,因此,本文通过在GTN模型中孔洞长大的表达式中加入剪切修正项的方法提高了GTN模型的预测精度。为了确定新加入的剪切项中的参数,本文设计了不同的样件形状,以实现不同的出于较低范围的应力三轴度,通过试验与仿真对比的方法,优化得到了适用于不同淬火温度样件的剪切修正参数,将该修正后的GTN模型用于仿真计算,发现对于变形过程中包含剪切力影响的样件,其预测精度明显高于GTN模型。由于压溃过程中的应力三轴度整体偏低,甚至为负值,因此,使用剪切修正后的GTN模型对帽形零件进行仿真计算,结果显示该修正模型能够较好的预测帽形零件压溃过程中的变形及破裂。对梯度硬度帽形零件进行二因素5水平正交试验,使用上述修正模型仿真得到相应的峰值力及吸能量,最终通过NSGAⅡ多目标优化得到了梯度硬度帽形零件的最优硬度组合。

关键词：高强度钢热成形 GTN模型剪切修正梯度硬度

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