弹性-应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解*

本文首先给出了一种用于描述材料软化,并存在有粘塑性的材料模型.用这种模型对反平面剪切型动态扩展状态下,裂纹尖端的弹粘塑性场进行了渐近分析,给出了弹性－应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解方程.分析结果表明,在裂纹尖端应变具有(ln(R/r))1/(n＋1)的奇异性,应力具有(ln(R/r))-n/(n＋1)的奇异性.从而本文揭示了应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近行为.     

平面应变和反平面应变复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场

在裂纹尖端的理想塑性应力分量都只是θ的函数的条件下,利用平衡方程,各向异性塑性应力应变率关系、相容方程和Hill各向异性屈服条件,本文导出了平面应变和反平面应变复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场的一般解析表达式.将这些一般解析表达式用于复合型裂纹,我们就可以得到Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ-Ⅲ及Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场的解析表达式.     

基于断裂能的岩土节理弹性-软化塑性本构模型

基于准脆性材料的断裂力学和塑性理论,提出了用于岩土节理软化行为描述的弹性软化塑性本构模型.模型的主要特点是:1)节理材料的软化塑性和扩容特性直接与断裂失效过程相联系,所采用的材料参数比已有的弹塑性软化模型所用的参数少;2)模型可以描述混合断裂失效及相应的摩擦滑动,具有较广的适用性.     

双势积分算法在非关联材料中的应用

在双势理论的框架下,根据材料自由能形式,材料可以被划分为显式标准材料和隐式标准材料.以经典的非关联D-P模型为例,对其本构锥体进行了描述,并引入了一对对偶锥体.证明了在对偶锥体的描述下,不仅能满足非关联D-P模型自身本构关系,其应力和塑性应变也能满足隐式流动表达.结合双势理论和D-P模型自身的本构特点,推导出了非关联D-P模型率形式弹性状态下、率形式塑性状态下、增量形式弹性状态下、增量形式塑性状态下和增量形式弹塑性状态下的双势函数,从而得到了非关联D-P模型的双势积分算法.通过数值模拟算例验证了双势积分算法的准确性和稳定性.     

超塑胀形的变m值本构方程

本文考虑到超塑变形具有强的结构敏感性,直接根据双拉应力状态的m-log曲线用函数模拟法求解定义m值的微分方程,首次给出了超塑胀形的变m值本构方程。文中指出,用负幂函数模拟m-log曲线所建立的本构方程,不但反应了m值变化的特征,而且既可用表达σ,也可用σ表达.由于方程中包含了m_m,m_k和η三个常数,而且当m_m和η越大,m_m/m_k越接近于1,材料的超塑性越好,这就把材料胀形的超塑性指标与m-log曲线的形状联系起来,从而解答了为什么只用单向拉伸测得的m_m不能描述超塑胀形的变形规律和材料胀形的超塑性指标的症结所在,最后就ZnAl₂₂和ZnAl₄Cu₁两种超塑性板材实测的m-log曲线给出对应的超塑胀形变m值本构方程。     

应变梯度塑性Ⅰ,Ⅱ型平面应力裂纹的有限元解

将塑性应变梯度理论应用于幂硬化材料的裂纹尖端场,得出在小范围屈服条件下平面应力Ⅰ型和Ⅱ型裂纹的数值解.与现有的渐近解比较发现,Chen等人的文中裂尖附近渐近解的有效范围是0.05l量级(l为材料特征长度),远离此有效范围,有限元计算出Ⅰ型和Ⅱ型问题的应力场都趋向于经典的HRR解.在塑性区内,有限元计算只得到了应力占优的结果.     

有限变形下的混凝土动态本构关系研究

讨论有限变形和小变形假设下本构关系的区别,并将其运用于混凝土的弹-粘塑性本构关系研究,提出了一个应变率相关的动态力学模型．模型基于Ottosen的4参数屈服准则,分别考虑混凝土在硬化阶段和软化阶段加载面的不同变化规律,建立冲击荷载下的混凝土本构关系．该模型可以应用于冲击载荷下混凝土材料响应的模拟．引进Green-Naghdi客观率建立有限变形的混凝土模型．根据大量实验结果对应变率和材料强度的关系提出合理假设,使模型可以反映混凝土大变形的动态力学行为,为相关工程问题的研究提供有益的思路和有效的工具．     

应变率敏感性对微孔洞统计演化规律的影响

讨论了在高应力三轴度情况下材料中微孔洞演化的统计规律.根据幂次粘性基体材料中微孔洞长大的动力学方程和孔洞演化所满足的数目平衡原理,得到了动载条件下微孔洞数密度分布随时间的演化规律,考察了基体材料的率敏感程度对微孔洞统计演化行为的影响.对率敏感程度不同的金属材料的微孔洞演化特性进行了对比和讨论,所得的理论数据能定性地与实验观测结果相一致.     

基于等效滑移与潜在硬化机制的多晶金属亚宏观弹塑性模型

将多晶材料中晶片之间与晶粒界面上的滑移作为消耗塑性功的主要物理机制,提出一个由亚宏观滑移系作为耗能构元的材料模型,并用功共轭方法得到了亚宏观滑移系的等效滑移剪切率.重新给出了滑移系自身运动硬化、潜在硬化及Bauscninger效应的力学描述,导出了本构方程.在探讨材料性质参数对后继屈服面形状及尺寸变化影响的基础上,论述了模型的基本性质.与以晶粒为基本构元的多晶体自洽理论比较,所得到的本构方程具有简洁的数学表达,而且能精确有效地预测多晶金属材料在复杂加载条件下的宏观弹塑性力学行为.     

正交各向异性材料的混合硬化弹塑性本构方程

建立了混合硬化正交各向异性材料的屈服准则,进而推导了与之相关的塑性流动法则.根据简单应力状态的实验曲线,可得到广义等效应力-应变关系.初始屈服曲面与材料的弹性常数有关,材料退化为各向同性且只考虑各向同性硬化时,屈服函数退化为Huber-Mises屈服函数,相关的本构方程退化为Prandtl-Reuss方程.     

泊松比对高速扩展平面应变裂纹尖端的理想塑性场的影响

在理想弹塑性材料中,高速扩展裂纹尖端的应力分量都只是θ的函数.利用这个条件以及定常运动方程,塑性应力应变关系和含有泊松比的Mises屈服条件,本文导出了高速扩展平面应变裂纹尖端的理想塑性场的一般表达式.将这些含有泊松比的一般表达式用于Ⅰ型裂纹,我们就得到高速扩展平面应变Ⅰ型裂纹尖端的理想塑性场.这个理想塑性场含有泊松比,所以,我们能知道泊松比对高速扩展平面应变Ⅰ型裂纹尖端的理想塑性场的影响.     

论韧性材料的可膨胀塑性本构方程及分叉时塑性加载路径

文中证明所导出的可膨胀塑性本构方程是具有一般性的一种表达式。在此基础上论证了固体变形出现分叉时材料的本构行为总是顺从尽可能“软”的加载路径。     

简单剪切振荡现象及弹塑性本构的限制条件

基于在真应力空间刻划弹塑性物质的强化、软化和理想塑性特性,本文以刚塑性随动强化模型为例说明产生简单剪切振荡现象,是与模型在简单剪切变形下,其强化和软化特性发生交替变化的现象有关。为使弹塑性本构模型更符合实际,要求它们必须满足如下条件:即对任意弹塑性加载变形过程,本构模型所给出的应力应该是非振荡的,所描述的强化和软化特性,不存在从软化阶段至强化阶段的过渡。     

关于晶体旋转的误解及合理塑性应变速度

指出晶体是离散的而不是连续的材料,因此在极分解F=RU中的旋转R及F>F-1中的旋率W不是正确的。塑性变形速度若直接以滑移系中的滑移速度来表示,如γ>ν≠n,则差错将会产生。滑移后的晶格几何形状并不改变,基于此概念提出了连续介质力学范围内的一个简单途径来表达滑移产生的塑性应变速度。建议了大变形下的本构方程。     

平面应力状态断裂强度的椭圆准则分析

简要分析了近年来提出的一个断裂准则——椭圆准则的基本特征,导出了它在主应力坐标系下的基本方程.根据所导出的基本方程,获得了平面应力条件下椭圆准则理论断裂强度曲线的完整描述关系,并分析讨论了破坏发生的方位及断裂形式与材料本征力学性质参数之间的联系.与既有理论结果及实验现象的对比解释了椭圆准则在材料相关参数确定方面的局限性.当应力状态相关材料特征参数在拉伸区和压缩区均作为常数时,获得了铸铁和混凝土平面应力状态下的断裂强度曲线.与相关实验数据的对比表明,它们在拉伸区能较好地吻合,但压缩区的差异十分显著,进一步证实了材料特征参数随应力状态变化规律对椭圆准则发展的必要性.     

韧性材料中的一个新的动态孔洞增长模型

本文提出了一个可用来描述韧性材料动态断裂过程的新模型.基体是由具有过应力形式的弹-粘塑性本构关系的材料构成.文中给出了在常等效应变率下的含孔洞材料的动态加载面及其相应的近似解析表达式.当材料单元经受球对称载荷作用时,本文的模型将退化为Carroll-Holt-Johnson模型.当材料的应变率敏感参数趋于零时,本文模型将退化为Gurson模型.本文的研究还表明,在一般情况下正交性法则是不成立的.最后,将本文模型与近年来Pan,Saje,Needleman和Perzyna等人所提出的含孔洞材料的粘塑性本构模型进行了比较.     

作旋转流动时非线性流体的改进模型

在圆环结构中研究拟塑性流体作圆形的Couette流动.流体的粘度依赖于对守恒方程有直接影响的剪切率,守恒方程采用谱方法求解.可以证明所采用的拟塑性模型,可以被适当地表示为典型的非线性流动.在早期研究中,为了方便数值计算,粘度表达式中只考虑了剪切率的二次项,与此不同,这里考虑了二次幂项.圆形Couette流动中弯曲的流线,造成离心的不稳定性,引起环形的漩涡,称之为Taylor漩涡.进而发现,随着拟塑性影响的增加,临界Taylor数下降.与已有圆形Couette流动的实验相比较,两者有着良好的一致性.     

晶体塑性理论的极值原理

本文基于晶体塑性增量理论,讨论了给定应力率或给定应变率的情况下,滑移剪切率的确定方法;提出了相应的多变量函数的极值原理;把问题归结为二次凸规划问题. 对于晶体在外力作用下塑性响应问题,本文提出了两个新的与边值问题等价的极值原理.在这些极值原理中,滑移剪切率将作为独立宗量,通过变分方程求得.     

轴向冲击下理想塑性直杆动态屈曲的过应力简化分析模型*

本文在理想塑性直杆的动态屈曲分析中引入应变率效应,得到相应的动力学微分方程,求出了屈曲半波长,临界载荷和屈曲时间的表达式.讨论了应变率效应对杆的塑性动态屈曲的影响.并与文[4]的理论和试验结果作了比较.     

泊松比对静止平面应变裂纹尖端的理想塑性应力场的影响

在裂纹尖端的理想塑性应力分量都只是θ的函数的条件下,利用平衡方程和含有泊松比的Mises屈服条件,本文导出了静止平面应变裂纹尖端的理想塑性应力场的一般解析表达式.将这些一般解析表达式用于具体裂纹,我们就可以得到静止平面应变Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的理想塑性应力场的解析表达式,这些表达式含有泊松比.