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CAE软件操作小百科(66)

计算机辅助工程 2024年第2期33卷 73-74页

作者：王欣杨同济大学应用力学所上海200092

1 Abaqus显式分析与隐式分析有何不同?Abaqus提供显式和隐式2种求解类型。显式求解适用于处理动态问题,尤其是高速冲击或爆炸问题。在显式求解中,时间步长明确定义,并且每个时间步长都直接计算结果,无须迭代过程。这种方法对于具有明显... 详细信息

1 Abaqus显式分析与隐式分析有何不同?Abaqus提供显式和隐式2种求解类型。显式求解适用于处理动态问题,尤其是高速冲击或爆炸问题。在显式求解中,时间步长明确定义,并且每个时间步长都直接计算结果,无须迭代过程。这种方法对于具有明显惯性效应的问题非常有效,例如冲击、爆炸、碰撞等。显式求解的优点是计算速度快,但受稳定性条件的限制,适用于短时间内发生的动态行为。

关键词：稳定性条件时间步长惯性效应显式求解 CAE软件显式分析高速冲击动态行为

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深层页岩气非线性渗流的温度效应

北京理工大学学报 2024年第6期44卷 606-614页

作者：高旭华于俊红尚新春朱维耀北京科技大学数理学院应用力学系北京100083 石家庄铁道大学河北省工程力学基础学科研究中心河北石家庄050043 北京科技大学土木与资源工程学院应用力学研究所北京100083

为了研究温度变化对高温高压的深层页岩气藏产能的影响,建立了考虑变温吸附和随温度变化的压缩因子和黏度的页岩气非线性渗流模型,推导了考虑弹性变形和吸附应变的非均匀孔隙度和渗透率演化模型,发展了具有显式迭代格式的高效的半解析算... 详细信息

为了研究温度变化对高温高压的深层页岩气藏产能的影响,建立了考虑变温吸附和随温度变化的压缩因子和黏度的页岩气非线性渗流模型,推导了考虑弹性变形和吸附应变的非均匀孔隙度和渗透率演化模型,发展了具有显式迭代格式的高效的半解析算法,将数值模拟结果与现场生产数据进行对比,验证了所建立模型和算法的正确性,分析了温度变化对深层页岩游离气、吸附气和总产量的影响.结果表明,压力越高,游离气产量受温度影响越小.当地层温度上升40°C时,浅层页岩游离气的产量降低14.5%,而深层页岩游离气产量增加1.4%.相反,压力越高,温度变化对吸附气产量的影响越大.当温度上升时,浅层和深层页岩吸附气的产量分别降低19.3%和31%.浅层页岩气因温度变化总产量相差约15%,而深层页岩气总产量受温度影响不大.在其他条件相同的情况下,高温高压的深层页岩气前5 a的累计产气量是浅层的1.76倍.所建立的模型和算法可以为深层页岩气的高效开发和优化设计提供参考.

关键词：深层页岩气温度非线性渗流非均匀渗透率半解析算法

用于延性材料力学性能测定的圆柱平面-小冲杆试验新方法与应用

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机械工程学报 2024年第4期60卷 316-325页

作者：周甜蔡力勋韩光照西南交通大学应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031

针对均匀、各向同性、幂律硬化的金属材料圆片试样,以圆柱平面小冲杆对试样圆面中心法向施加压载荷,提出基于能量密度等效的、用于描述试样几何尺寸、材料本构关系参数、载荷和位移之间关系的圆柱平面-小冲杆试验(Flat small punch test... 详细信息

针对均匀、各向同性、幂律硬化的金属材料圆片试样,以圆柱平面小冲杆对试样圆面中心法向施加压载荷,提出基于能量密度等效的、用于描述试样几何尺寸、材料本构关系参数、载荷和位移之间关系的圆柱平面-小冲杆试验(Flat small punch test,F-SPT)弹塑性模型,并提出获取材料应力-应变曲线和力学性能指标的F-SPT新方法。通过有限元分析对不同弹性模量、屈服强度和硬化指数组合的48种预设材料进行新方法的数值验证,以及对10种金属材料完成F-SPT,结果表明,由新方法获得的应力-应变曲线与有限元分析预设曲线和传统单轴拉伸试验结果吻合良好,此外,由新试验方法获得的弹性模量、屈服强度和抗拉强度与单轴拉伸试验结果误差大部分低于7%。

关键词：小冲杆试验能量密度等效幂律硬化材料应力-应变关系力学性能

基于工业CT和激光剪切散斑干涉的复合材料气瓶分层缺陷检测研究

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复合材料学报 2024年

作者：刘昶辰王守龙应凯迪马利浙江工业大学机械工程学院应用力学研究所

碳纤维增强复合材料储氢气瓶是氢能汽车燃料电池的核心组件，然而针对气瓶制造成型过程中产生的缺陷仍缺少高效可靠的检测评价方法。本文针对碳纤维增强复合材料储氢气瓶开展了工业CT断层扫描和激光剪切散斑干涉测量实验研究。实验结果... 详细信息

碳纤维增强复合材料储氢气瓶是氢能汽车燃料电池的核心组件，然而针对气瓶制造成型过程中产生的缺陷仍缺少高效可靠的检测评价方法。本文针对碳纤维增强复合材料储氢气瓶开展了工业CT断层扫描和激光剪切散斑干涉测量实验研究。实验结果表明，分层缺陷是气瓶纤维缠绕层中最主要的制造缺陷类型，通过分析气瓶内部分层缺陷引起的局部力学响应特征，揭示了不同严重程度分层缺陷引起的剪切条纹以及离面位移的变化规律。激光剪切散斑干涉捕捉到的“蝴蝶斑”条纹区域与CT扫描发现的纤维缠绕层内部的分层缺陷在位置尺寸和影响范围上具有高度的重叠一致性。激光剪切散斑干涉技术与气瓶水压试验相结合，能够为气瓶的服役性能和安全性评估提供有力支持，对储氢装备的发展具有重要意义。

关键词：复合材料储氢气瓶分层缺陷工业CT 激光剪切散斑干涉剪切干涉离面位移

基于梯度型褶皱缺陷细观力学模型的响应预测和激光剪切散斑干涉测量

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复合材料学报 2024年

作者：王守龙刘昶辰应凯迪马利浙江工业大学机械工程学院应用力学研究所

针对碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber-reinforced Polymer， CFRP）中褶皱缺陷的力学响应，提出了一种基于激光剪切散斑干涉的检测方法。首先构建了表征梯度型褶皱缺陷的细观力学模型，采用两步均匀化方法推导了含褶皱缺陷的代... 详细信息

针对碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber-reinforced Polymer， CFRP）中褶皱缺陷的力学响应，提出了一种基于激光剪切散斑干涉的检测方法。首先构建了表征梯度型褶皱缺陷的细观力学模型，采用两步均匀化方法推导了含褶皱缺陷的代表性体积单元等效刚度矩阵，分析褶皱缺陷对层合板试样等效刚度系数影响，通过有限元预测了不同褶皱缺陷参数（铺层顺序、波长λ、振幅A）在不同拉伸载荷条件下的力学响应。其次，基于激光剪切散斑干涉技术开展了褶皱缺陷位移响应实验研究。实验结果表明，在拉伸载荷作用下，褶皱缺陷区域因离面位移梯度变化而产生干涉条纹，通过干涉条纹图处理，得到褶皱缺陷引起的位移场。实验获取的离面位移值与有限元预测结果吻合良好，证实了梯度型褶皱缺陷的细观力学模型在CFRP褶皱缺陷响应分析方面的可靠性。

关键词：碳纤维增强树脂基复合材料褶皱缺陷细观力学模型激光剪切散斑干涉位移响应

极低温区循环载荷作用下Nb_(3)Sn复合超导体的变形损伤及其应变率效应数值模拟

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高压物理学报 2024年第2期38卷 94-111页

作者：黄敏朱本浩肖革胜乔力太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所山西太原030024

Nb_(3)Sn超导体在循环载荷下的变形损伤行为研究对揭示超导体临界性能不可逆退化背后的力学机制具有重要意义。采用分子动力学模拟方法研究了极低温条件下单晶和多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷下的变形损伤行为,同时分析了应变率对N... 详细信息

Nb_(3)Sn超导体在循环载荷下的变形损伤行为研究对揭示超导体临界性能不可逆退化背后的力学机制具有重要意义。采用分子动力学模拟方法研究了极低温条件下单晶和多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷下的变形损伤行为,同时分析了应变率对Nb_(3)Sn/Nb复合材料变形损伤和断裂行为的影响。结果表明:单晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷作用后,Nb_(3)Sn层出现滑移,当滑移带交错处的局部应力大于材料强度时,在滑移带交错处微裂纹萌生,致使复合材料中Nb_(3)Sn层断裂失效;而多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料则由于晶界处应力在循环载荷下得不到松弛,当应力峰值超过晶界强度时,在晶界处萌生微裂纹,导致复合材料中Nb_(3)Sn层发生沿晶断裂。Nb_(3)Sn/Nb复合材料在不同应变率下表现出不同的断裂方式。随着应变率的增加,单晶Nb_(3)Sn层中的滑移带数量增加,导致单晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料的韧性增强。而多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料中,晶界对材料强度的影响随着应变率的增加而降低,高应变率下,复合材料在Nb_(3)Sn层局部断裂后具有较大的剩余强度。研究结果将有助于理解Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷下的损伤演化过程,为材料的性能优化设计提供一定的理论指导。

关键词： Nb_(3)Sn/Nb复合材料分子动力学模拟循环载荷变形损伤应变率效应

三周期极小曲面结构混合设计及其在冲击载荷下的力学行为

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高压物理学报 2024年第5期38卷 124-135页

作者：刘嘉婧李子豪王志华刘志芳李世强太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所山西太原030024

三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)结构材料作为一种高孔隙率和高能量吸收效率的多孔介质,在许多领域得到广泛应用。以Gyroid和IWP结构作为设计基元,利用Sigmoid函数构建圆柱形过渡层,将外层IWP结构与内层Gyroid结... 详细信息

三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)结构材料作为一种高孔隙率和高能量吸收效率的多孔介质,在许多领域得到广泛应用。以Gyroid和IWP结构作为设计基元,利用Sigmoid函数构建圆柱形过渡层,将外层IWP结构与内层Gyroid结构连接,设计了内外嵌套的GIP混合胞元结构。通过选择性激光熔融技术打印了Gyroid结构、IWP结构和GIP混合结构试样,并利用直撞式霍普金森杆对其进行了实验研究。结合LS-DYNA软件进行了更大冲击速度范围的数值模拟,分析了试件的变形演化过程和动态应力-应变关系。结果表明:结构的初始峰值应力和比吸能表现出不同程度的应变率敏感性。与Gyroid和IWP结构相比,GIP混合结构材料的应力-应变曲线表现出更明显的应变硬化趋势和更强的能量吸收能力。相较于GIP-1结构(冲击方向与圆柱形过渡层轴线方向相同),随着冲击速度的提高,GIP-2结构(冲击方向与圆柱形过渡层轴线方向垂直)具有更低的初始峰值应力和更大的比吸能,因而具有更优异的抗冲击性能。

关键词： TPMS混合结构 3D打印动态加载能量吸收

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重复冲击载荷下泡沫铝夹芯壳的动态响应

高压物理学报 2024年第5期38卷 225-237页

作者：朱浩霖张天辉刘志芳太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所山西太原030024

通过数值模拟研究了泡沫铝夹芯壳在重复冲击载荷作用下的变形和能量耗散机理,分析了曲率半径、前后面板厚度分配、芯层厚度和冲击能量梯度对结构抗重复冲击性能和能量吸收能力的影响规律。结果表明:在重复冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯壳... 详细信息

通过数值模拟研究了泡沫铝夹芯壳在重复冲击载荷作用下的变形和能量耗散机理,分析了曲率半径、前后面板厚度分配、芯层厚度和冲击能量梯度对结构抗重复冲击性能和能量吸收能力的影响规律。结果表明:在重复冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯壳结构的变形不断累积,前面板局部弯曲变形,芯层局部压缩,后面板整体弯曲变形。随着冲击次数的增加,冲击力峰值逐渐增大,冲击持续时间缩短,结构能量吸收能力降低,整体抗弯刚度增大。每次冲击能量相同时,泡沫铝夹芯壳结构曲率越大,能量吸收能力越强,同时前、后面板5次重复冲击后的中点挠度大于曲率较小的夹芯壳结构。5次重复冲击载荷作用下,前面板厚度较大且后面板厚度较小时,结构的比吸能较低,但后面板中点挠度较小。泡沫铝芯层厚度越大,结构的后面板挠度越小,但总比吸能降低。3种不同梯度的冲击能量作用下,递增能量工况下结构的吸能最多,前、后面板的挠度较大,递减能量工况下结构的吸能最少,前、后面板的挠度较小。

关键词：泡沫铝夹芯壳重复冲击动态响应能量吸收

恒流充电有限柱体电极浓度分布及扩散诱导应力解析分析

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物理学报 2024年第15期73卷 225-234页

作者：彭颖吒张锴郑百林同济大学航空航天与力学学院上海200092

常见的柱状电极模型中,在轴向方向一般采用无限长假设广义平面应变分析方法,本文考虑恒流充电下有限柱形电极模型,基于力-化耦合一般方程,推导出位移与扩散诱导应力解析解.有限柱体电极中浓度分布由仅考虑径向扩散和仅考虑轴向扩散两部... 详细信息

常见的柱状电极模型中,在轴向方向一般采用无限长假设广义平面应变分析方法,本文考虑恒流充电下有限柱形电极模型,基于力-化耦合一般方程,推导出位移与扩散诱导应力解析解.有限柱体电极中浓度分布由仅考虑径向扩散和仅考虑轴向扩散两部分叠加求解.将浓度函数代入力学方程,使用Boussinesq-Papkovich函数得到应力分量解析解.计算了表面自由柱状电极中浓度和应力场,并将其结果与有限元软件计算的结果进行对比计算.结果表明,理论解和数值解中浓度分布一致,应力分量趋势一致数值相差较小,在荷电状态为17.9%时径向应力在中心处相对误差最大约为4%.本文分析了不同长径比柱状电极中径向和轴向单向扩散对应力场的影响,结果表明,随着长径比的增大,轴向扩散对浓度分布影响下降,径向扩散对应力场影响上升.

关键词：锂离子电池有限柱体电极扩散诱导应力 Boussinesq-Papkovich 函数