镁合金弹塑性多尺度模型单向拉伸数值分析

针对含孔洞镁合金材料的宏观力学性能、变形破坏机理,采用多尺度方法建立了准确的镁合金体胞有限元模型,并利用所发展的多尺度本构模型,结合有限元方法获得了在宏观拉伸载荷下材料的局部和宏观特性.多尺度方法分析细观单元体的变形结果表明,随着宏观载荷的增加,宏观上显示出的差异非常微小,但是在细观单元体的变形过程中明显观察到,随着载荷步的增加,含长方体形孔洞的塑性变形能力逐渐递减,且应力集中现象比含圆柱形孔洞的细观模型明显.     

铸造镁合金弹塑性多尺度模型数值分析

为了实现应力与应变等力学量跨不同尺度的定量转换,并获得跨微/细/宏观的多尺度有效本构方程,利用MTS材料实验机对镁合金(AM60)和美国通用汽车公司提供的纯镁基体进行了力学性能测试,得出镁合金和基体材料的力学性能参数,采用混合物定律,得到相应的颗粒材料力学性能.根据镁合金(AM60)结构特点,建立具有复杂内部结构(任意夹杂形状)的镁合金体胞的有限元模型,夹杂和基体的材料性能分别选用颗粒材料和纯镁基体材料力学性能参数.通过对镁合金体胞的有限元数值分析,该方法克服了目前解析法建立多尺度模型的局限性.利用所发展的多尺度本构模型对镁合金AM60的单向拉伸过程进行了数值计算,结果与实验数据吻合较好.     

有限元多尺度小波

利用有限元插值和多尺度分析理论构造出了有限元多尺度小波.这些小波函数集许多优良性质于一身,如固定的短支集,高阶的消失矩,半正交性及正则性等.     

小周期孔洞区域上弹性问题多尺度有限元计算

讨论了小周期孔洞结构弹性问题的多尺度有限元计算方法.首先,对该区域上的弹性位移问题给出了多尺度渐近展开,紧接着讨论了相应的多尺度有限元计算方法,最后给出的数值算例验证了该方法的可行性.     

正交各向异性弹塑性材料拉伸颈缩的数值模拟

介绍了在乘法分解的基础上对正交各向异性弹塑材料进行有限变形计算的一种有限元方法 ,利用该方法考虑不同各向异性状态对正交各向异性材料圆棒试样的拉伸大应变颈缩过程进行了数值模拟。结果表明 :( 1 )材料塑性性质若在不同取向有明显差异 ,沿不同材料轴向拉伸反映的材料力学性能会有非常大的差别。这种差别在载荷和不同方向的径向颈缩位移上远较在颈部截面面积变化上明显 ;( 2 ) Hill的正交各向异性塑性理论并没有考虑晶体材料在各个与材料主轴平面有较大夹角的滑移面上容易发生剪切变形 ,所以不一定适于晶体塑性材料。同时本文研究进一步证实了作者建议的正交各向异性弹塑性有限变形计算方法的合理性。     

多尺度函数时域逼近条件的讨论

根据具有m阶逼近的多尺度函数能够重构所有小于m阶的几何多项式逼近条件，采用数学归纳法，分析了重构方程中的系数之间的性质以及具体的结构，并对这一结构进行推导。以二阶有限元多尺度函数为例，验证了这一方法的正确性。     

裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法研究

针对裂缝性油藏内在的复杂性,考虑到双重介质等模型的限制,同时为了更好地表征裂缝和提高计算精度,提出了裂缝性油藏等效介质模型数值模拟方法,建立了数学模型,通过无需在小尺度上精确求解即可抓住大尺度解特征的多尺度有限元数值分析方法,建立有限元数值模型,形成了基于等效介质模型的裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法,最后将该方法通过实例进行检验,验证了方法的正确性。     

多传感器单模型多尺度平滑融合估计

基于多尺度分析思想,在对单传感器模型多尺度平滑估计方法详细研究的基础上,提出了多传感器单模型基于多尺度平衡融合估计算法,得到了中心估计和分布式估计多尺度平滑融合计算法,并相应给出了两种方法的计算机仿真。     

多尺度有限元法在分层网格上的边界层数值模拟

针对二维奇异摄动问题的对流扩散方程,应用多尺度有限元法在分层网格上数值求解边界层现象.利用多尺度有限元的基函数承载微观摄动性态,在宏观尺度下仅用少量计算资源通过分层网格自适应地逼近边界层.数值模拟结果表明,该方法是有效的且能得到不依赖于摄动系数大小与稳定收敛的高精度结果.     

利用两尺度相似变换提高有限元多尺度函数的逼近阶

利用两尺度相似变换(TST)的方法构造变换矩阵Mr(w),提高了2阶有限元多尺度函数的逼近阶,并使其可以达到任意整数(>4)阶逼近的效果,同时保持了紧支、对称等良好性质.并对Strela的有限元多尺度函数构造定理的证明缺陷作了细节上的改正.     

镁合金薄带双辊铸轧过程的数值模拟

基于立式薄带双辊铸轧工艺的特点,采用有限元法求解镁合金薄带双辊铸轧过程的三维宏观传输方程,并应用ANSYS软件的智能网格划分技术,实现了对铸轧过程中熔池内部温度场、速度场及凝固过程的耦合模拟.分析了铸轧速度及浇注温度等主要工艺参数对熔池内流场、温度场和凝固终了点的影响规律.研究结果表明,随着浇注温度和铸轧速度的增加,熔池出口处的温度升高,凝固终了点向熔池出口处移动.通过对模拟结果的讨论,给出了适合镁合金薄带铸轧过程的工艺参数:浇注温度为640~660℃,铸轧速度为20~30 m/min.     

弹塑性边界元有限元耦合法

本文建立了一种完全以注移表示的弹塑性边界元法公式,该公式容易与有限元法公式进行耦合使用,并在此基础上建立了一种新的弹塑性边界元与有限元耦合的计算方法。     

镁合金靶板抗弹性能数值模拟

 质量是影响兵器装备实现战场快速反应能力的主要因素之一,因此现代高技术战争对兵器装备的质量指标提出了极为苛刻的要求。发达国家均投入巨资研究轻质结构材料以及与之配套的先进制造技术,以期减轻兵器装备质量,提高兵器装备的机动性,增加携弹量和野战辅助系统用量,提高士兵战场生存和作战能力。镁合金由于自身优点,成为兵器轻量化的理想材料。本文采用数值模拟方法,对AZ31B镁合金靶板的抗弹性能进行数值模拟研究,建立了3种不同类型侵彻体侵彻靶板模型,并给出了镁合金靶板被侵彻贯穿的一般过程。在铝合金和钢靶板面密度相同情况下,比较分析镁合金靶板的抗弹性能。结果表明,镁合金的抗弹性能较好,同时其抗弹性能与射弹参数、靶板厚度密切相关。     

弹塑性大变形分析的一种热力学相容的本构模型

以热力学相容的简单机械模型为基础,得到了可以描述材料弹塑性大变形的本构方程,进而导出了可以适用于一般三维问题的增量公式。利用简单加载条件下的积分形式发展了确定材料常数的方法。对圆杆受拉颈缩的大变形弹塑性过程进行了数值模拟,得到了与实验相符的结果。本文发展的模型不采用屈服面的概念,有效地改善了收敛性,提高了计算效率。     

基于AM60镁合金超精密车削残余应力仿真及实验

为改善AM60镁合金超精密车削加工工艺方法,采用金属切削理论和有限元分析法对超精密加工进行微米级仿真,建立三维有限元模型,并利用Advent Edge软件对残余应力进行仿真分析,研究切削参数对残余应力的影响规律,为验证仿真的结果,对AM60镁合金压铸件进行车削加工,并利用X射线衍射仪对已加工工件表面残余应力进行测量。仿真结果表明:单点金刚石刀具具有的超高导热性,对残余应力分布的热效应起到了一定的抑制作用。工件表面残余应力随着切削深度的增大而减小,随着切削速度的增加而增大。切削进给量对残余应力的影响最明显,切削速度及切削深度影响较小。通过实验测量结果对仿真结果进行验证,为AM60镁合金超精密车削工件表面残余应力的控制打下一定基础。     

镁合金AM50断裂力学参量的有限元计算和验证

利用MTS高级材料实验机在应变控制条件下获得了镁合金AM50的单向拉伸应力应变曲线和常规的机械性能参数;用紧凑拉伸试件测定了镁合金AM50的应力强度因子．基于虚拟裂纹闭合法和Griffith势能法,得到相应载荷下的能量释放率G和应力强度因子K,并将计算结果与实验值进行了比较,获得了与实验一致的结果,表明该方法可用于镁合金构件断裂力学参量的数值分析和计算．     

镁合金板材温热冲压成形热力耦合数值模拟

采用Gleeble3500热模拟试验机进行单向拉伸试验,获取了材料的力学性能参数,分析了AZ31镁合金板材的力学性能特点.采用热力耦合技术对镁合金板材温热冲压过程中的温度场进行了数值模拟,研究了冲压过程中温度场的分布规律,并对差温拉延工艺进行了分析.结果表明:差温拉延工艺可以提高镁合金板材的温热成形性能;采用热力耦合技术的数值模拟更能反映AZ31镁合金板材的温度敏感特性.     

压下模式对镁合金宏观塑性变形和微观组织演变的影响

将热-力耦合弹塑性有限元方法与微观组织演化模型相集成,定量比较了恒定平均应变速率和恒定压头速率2种压下模式对镁合金AZ31B高温变形和微观组织演变的影响.采用AZ31B镁合金圆柱形试样进行Gleeble热力模拟试验获得有限元模拟所需的高温流动应力曲线与再结晶晶粒尺寸实测数据,并通过二次开发与有限元模型相集成.研究结果表明,由于端面摩擦的存在,2种压下模式下变形场和微观组织场都呈现不均匀分布特性.与恒定平均应变速率相比,恒定压头速率压下时晶粒尺寸均值减小,均方差略有增加.