材料性能对薄板成型影响的研究

在薄板成型过程中，材料的性能对成型过程影响很大，阐述了采用ＬＳ－ＤＹＮＡ３Ｄ中Ｈｕｇｈｅｓ－Ｌｉｕ壳理论，Ｈｉｌｌ各向异性屈服函数有限元数值模拟的过程，在方盒拉伸过程中，计算了二种不同材料－０８Ａｌ和０８Ｆ在完全相同条件下拉探成型的结果，这些结果表明，在分析薄板成型过程中ＬＳ－ＤＹＮＡ３Ｄ是一个极有效的工具。     

堆石料三维强度特性

考虑颗粒尺寸效应、破碎、分形等细观特征，结合大尺寸三轴试验结果，建立了堆石料的各向异性破坏准则。借助砂土细观组构描述方法，用组构张量描述堆石料颗粒细观特性，提出了新的各向异性状态变量；同时将该变量作为堆石料细微观演化的内变量建立了线性形式的堆石料破坏准则，构建过程既简化了表达式，又保留了现有指数形式破坏准则的优点，能够描述复杂应力条件下堆石料的强度特性。通过状态变量的变化，提出的准则能较好地描述不同各向异性条件下应力状态、路径、罗德角、主应力轴旋转等变化对堆石料强度的影响。引入正交各向异性组构，推导了随罗德角、主应力旋转角变化的各向异性状态变量表达式，给出了不同参数变化下的堆石料三维强度破坏面。用大型三轴排水试验结果确定材料破坏准则的参数，基于分形维数理论研究了不同级配的堆石料在不同围压下的强度和变形特性关系。验证表明：提出的各向异性破坏准则可以较好地描述堆石料分形维数、孔隙比和围压对其三维强度特性的影响；随分形维数及强度参数变化，该准则能较好地反映堆石料强度在细观特性下的变化关系。     

土的应力状态和基于Mohr-Coulomb准则的结构性模型

为建立原状土的结构性模型,对土的初始应力及其在形成土材料过程中的作用进行了研究,并在分析常规Mohr-Coulomb准则适用性的基础上对该准则进行了修正和改进。基于土的诸多属性均依赖于其特定的结构性并最终依赖于对应的初始应力这一客观现实,给出了加(卸)载比的概念,并建立了能反映初始应力和增量应力的修正Mohr-Coulomb强度屈服准则。在此基础上,进一步给出了Pisa原状软粘土和九州火山灰撒砂法试样2种结构性土真三轴试验的各向异性屈服模型。结果表明:基于初始应力和增量应力的修正Mohr-Coulomb屈服准则以初始应力线而不是等倾线为轴线,修正准则能合理反映原状土的结构性和各向异性,且与试验结果吻合较好。     

各向异性屈服准则在拉深工艺中的应用

冷冲压成形所用的板料是经过多次辊轧和热处理而取得的，具有明显的各向异性，圆筒形件拉深时法兰部分处于平面应力状态，筒壁部分是单向应力状态。根据两种不同的应力状态，推导了屈服应力与R值的关系，加深了对各向异性屈服准则的认识。     

混凝土桥梁结构非线性地震损伤演化

采用基于断裂能的损伤变量表达式,以单位体积材料当前耗能与断裂能的比值定义损伤变量,考虑了混凝土的拉压异性效应。引入了地震损伤的整体演化指标,通过有限元方法利用材料塑性损伤模型模拟桥梁结构在地震激励下的非线性损伤演化过程。数值计算过程中考虑了混凝土后继屈服的随动强化效应,采用损伤型本构关系及相应的Drucker-Prager型屈服函数,并通过算例验证了混凝土结构的非线性地震损伤特性。     

粉末冶金烧结材料广义塑性屈服条件

根据粉末冶金烧结材料的塑性变形规律，推导出了广义塑性屈服条件。分析了待定参数对屈服条件的影响以及在传统参数确定方法中存在的问题，提出了新的方法。通过烧结铁圆柱试样单向压缩试验，验证了粉末冶金烧结材料广义塑性屈服条件的合理性和适用性。     

钢—混凝土结合结构非线性有限元分析

提出了一种适用于钢和钢箱混凝土组合结构分析的高级非线性有限元分析程序。描述了用于模拟混凝土板与钢梁相互作用的单元，特别展示了对钢波纹板与混凝土板形成的组合肋形板的模拟效果。另外还着重关注了用于确定板与钢梁单元的进展贯穿裂纹和屈服相关的应力重分布的分 层技术的作用。开裂前混凝土被看作各向同性非线性弹性材料，开裂后则被看作非线性弹性正交异性材料；钢在屈服前被看作理想的弹性材料，而在屈服后则认为因应变硬化进入塑性平台，所有的材料模型都是经验性的。在混凝土板和钢梁结合面上同一种特殊的柱单元来全部或部分地模拟剪力连接链的作用，这种短柱单元能够反映由实验确定的非线性剪力－滑移关系。本程序的计算结果，包括对裂纹形式的预测，与钢筋混凝土板和钢－混凝土组合结构的试验结果具有很好的可比性。     

钢管混凝土拱桥极限承载力分析的自适应方法

针对现行钢管混凝土结构极限承载力分析的增量非线性有限元法主要依据钢管混凝土的弹塑性本构关系建立非线性迭代计算公式,其计算原理复杂、效率低,难以满足工程设计和分析要求的状况,建立了钢管混凝土拱桥结构极限承载力分析的自适应弹性模量缩减法。首先对不同受力条件下材性差异较大的圆形截面钢管混凝土构件,根据统一理论和承载力相关方程确定了构件的广义屈服函数,进而利用全面试验法在广义屈服面上设置配点,并在极值点附近加密配点,通过回归分析建立了齐次广义屈服函数,据此定义了单元承载比、承载比均匀度和基准承载比,提出了钢管混凝土拱桥高承载单元的自适应识别准则。然后,利用变形能守恒原则建立了弹性模量调整策略,通过自适应缩减高承载单元的弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤,并利用线弹性迭代分析计算钢管混凝土拱桥的极限承载力。最后讨论了离散单元数量、荷载分布方式以及广义屈服函数的齐次性对结果的影响,并将该方法与模型试验及增量非线性有限元法的计算结果开展了对比分析。研究表明:该方法能够体现钢管混凝土不同材料纤维在受力变形过程中的自适应调整能力,并通过对拱桥结构损伤演化的自适应模拟取得较高的计算精度和计算效率。     

3D打印工程塑料力学特性分析

为了3D打印工程塑料被更合理地使用,通过试验了解3D打印工程塑料的特殊力学性能,并建立其力学模型。首先将3D打印工程塑料根据不同的方向与不同的纤维直径,利用3D打印设备打印出狗骨状试件,然后按照试验标准利用INSTRON 5966材料试验平台对其进行材料拉伸试验。发现其力学性能具有明显的各向异性,在纤维方向具有弹塑性的特点;垂直纤维方向有弹脆性的特点;在垂直纤维方向纤维直径越大则失效应变越大;在纤维方向时,纤维直径等于0.25 mm时屈服强度和极限载荷有着明显的提高,纤维直径等于0.3 mm时破坏位移/应变是最大的。并利用Mazars损伤模型描述了3D打印工程塑料的力学本构模型。最后分析了3D打印工程塑料的特殊力学特性对其使用的特殊要求与运用。     

考虑D-P边界退化的冻风积土蠕变损伤规律研究

为研究季冻区冻风积土的蠕变变形规律及损伤演化规律,采用冻土GDS三轴测试分析系统开展了不同负温条件下三轴蠕变试验,分析了不同负温对冻风积土蠕变损伤特性的影响。根据典型蠕变曲线的三阶段特征提出了蠕变损伤时间阈值及屈服时间阈值确定方法。根据Kachanov对混凝土材料蠕变损伤的假设,对冻风积土的弹性模量及抗剪强度参数进行弱化,分析了不同负温条件下,不同蠕变损伤阶段冻风积土蠕变损伤规律。将西原模型中塑性元件改进成了具有损伤特征的非线性黏塑性体,并假设其服从于Drucker-Prager屈服准则,建立了冻风积土分阶段的蠕变损伤模型,将模型计算值与实测值进行比较,验证模型的合理性。研究结果表明:温度对冻风积土蠕变特征影响显著,温度低于-15℃时仅出现蠕变第I、II阶段,温度高于-10℃时会出现第III阶段,分阶段蠕变损伤模型可以较好地描述冻风积土在不同蠕变阶段损伤特征;屈服边界退化是导致冻风积土发生蠕变损伤的主要原因,发生蠕变损伤后会导致屈服边界不断缩小以及有效应力不断增加,塑性区的范围不断扩大,发生蠕变损伤后有效应力状态点会落在损伤后的屈服边界附近。     

沥青混合料蠕变的变参数模型

为了准确描述沥青混合料整个蠕变过程,解决现有黏弹性模型的不足,对经典模型进行了扩展。运用非定常参数替换定常参数的方法,把经典Zener模型、Zener模型与黏壶串联结构中的黏性参数看为时间的函数。利用元件串联、并联时的力学关系,推导改进模型本构方程和蠕变函数的一般形式。通过选择参数的具体时变形式求出具体的蠕变函数,发现一些经验蠕变公式是改进后模型的蠕变函数;通过蠕变特征的分析,发现改进后的模型具有较广的描述范围;通过拟合不同沥青混合料的蠕变试验数据,发现修正后的模型对试验数据有较好的拟合效果。给出的变参数模型实现了用较少的参数对沥青混合料3阶段蠕变过程给出比较准确的描述。     

材料模型参数设置对碰撞仿真结果的影响

有限元仿真在汽车耐撞性研究中发挥着越来越大的作用，而有限元模型中材料模型参数的设置精度对于仿真结果的可信度有着直接的影响，为了研究材料模型中的几个重要参数的设置偏差对于仿真结果的影响，以帽形梁碰撞刚性墙为例，研究了材料的弹性模量、屈服强度，应变率效应参数等材料模型参数的设置对于仿真得到的零件变形过程、零件吸能特性以及碰撞力学变化的影响，结果发现，弹性模量设置偏差对于仿真结果影响很小，而屈服强度与应变率效应参数的设置偏差对仿真结果影响很大，在碰撞仿真中应该保持其精度。     

沥青混合料各向异性的研究综述

随着对路面材料性质研究的不断深入,研究者在沥青混合料各向异性的研究方面已取得了很多成果。文中从沥青混合料各向异性的两种形式、横观各向同性的评价指标和测试方法、材料各向异性对路面结构荷载响应的影响等3个方面进行了具体阐述。并在总结已有成果的基础上,提出了今后研究沥青混合料各向异性的有益建议。     

道路车辙的有限元分析

该文讨论了当今路面设计使用的方法，并将之与基于有限元技术的设计方法对比。简述了将有限元方法应用于以路面永久变形为重点的路面设计领域的可能性，提出了以有限元方法和塑性为框架并结合双曲线蠕变法则描述路面车辙的发展规律的方法，建议构成关系基于线形Drucker—Prager屈服面和各向同性材料的双曲线蠕变法则，提供了采用蠕变和塑性指标的ABAQUS一般用途程序的标准柔性路面每层永久变形的形成过程的3D仿真实例。     

高压实膨润土膨胀渗透各向异性研究

采用自主设计的膨胀渗透各向异性试验系统，对平行压实方向与垂直压实方向的高庙子膨润土试样开展膨胀力试验与饱和渗透试验，研究初始干密度对两个方向的膨胀、渗透各向异性影响规律，并从膨润土的膨胀机理和压实效应分析膨胀力各向异性机理。结果表明：平行压实方向与垂直压实方向膨胀力均随干密度增加而呈指数增长；单向压实的膨润土试样膨胀力具有各向异性特征，膨胀力在垂直压实方向始终小于平行压实方向，膨胀力各向异性系数随干密度增加而降低，且当干密度超过1.5 g/cm³时，膨胀力各向异性系数降低明显；在垂直压实方向上膨润土渗透系数略高于平行压实方向，但两者差异不大，表明单向压实作用对膨润土渗透各向异性特征影响不明显。     

5182铝合金前围板冲压工艺研究

通过0°、45°、90°三个方向单向拉伸实验,建立基于Barlat-89屈服准则的5182各向异性材料模型。通过Pamstamp有限元模拟软件分析铝合金前围板冲压工艺可行性,优化产品结构和冲压工艺设计,获得理想的冲压成形工艺方案。优化铝合金模具结构和生产现场模具调试,实现5182铝合金前围板批量生产。     

高速公路网传感设备状态评价研究

该文结合实际运行经验，在公路网传感设备运行状态的评价过程中，将定性的评价结果用定量信息进行描述。应用模糊综合评判方法对传感设备的状态开展量化评估。在研究并选取状态特征参量的基础上，引入模糊数学理论，将状态参量信息通过模糊三角分布隶属函数来表示。实例证明，该方法在评价传感设备状态时，模糊三角分布隶属函数可以将设备状态特征信息和设备性能进行有效的关联，恰当地反映了设备当前的运行工况，较为符合传感设备运行状态变化规律。其评价结果可以为科学开展设备状态检修、风险评估等工作提供科学的依据。     

3D打印混凝土力学各向异性与细观破损机制研究

3D打印逐层堆叠的建造过程导致了规律性的层间弱结合面,造成了材料的细观非均质性,削弱了打印结构的力学承载性能和耐久性。为分析和评价3D打印材料的力学各向异性以及细观结构破损机制,对3D打印材料的性能优化设计以及结构化应用提供微观理论支撑,制备了高贝利特硫铝酸盐水泥基3D打印复合材料,并3D打印成型结构构件,取样后从3个正交方向进行力学加载,测试了3D打印混凝土的抗压、抗弯、劈拉强度和弹性模量等,评估了打印材料的力学各向异性。借助高精度CT扫描技术,分析了3D打印混凝土的界面区域、孔隙缺陷分布等细观结构特征。同时开展了圆盘劈裂测试实验,分析了层间弱面对劈裂裂纹的萌生、扩展的影响机制。结果表明:3D打印试件内部含有较多因建造过程产生的空隙以及层间弱结合面是造成3D打印混凝土力学性能差异的原因;正是由于3D打印的水泥基材料基体内跨尺度的孔隙、空隙、弱面等非均质特征的存在,裂缝的萌生和扩展更倾向于在这些非匀质处发展;非均质特征的相对位置造成了宏观力学的各向异性,3个正交方向的力学性能通常是打印沉积的方向(X方向)性能最优,垂直于层间方向(Z方向)性能最差,平行于打印方向(Y方向)的性能居中。     

钢-混凝土组合结构非线性有限元分析

提出了一种适用于钢和钢箱混凝土组合结构分析的高级非线性有限元分析程序.描述了用于模拟混凝土板与钢梁相互作用的单元,特别展示了对钢波纹板与混凝土板形成的组合肋形板的模拟效果.另外还着重关注了用于确定板与钢梁单元的进展贯穿裂纹和屈服相关的应力重分布的分层技术的作用.开裂前混凝土被看作各向同性非线性弹性材料,开裂后则被看作非线弹性性正交异性材料;钢在屈服前被看作理想的弹性材料,而在屈服后则认为因应变硬化进入塑性平台,所有的材料模型都是经验性的.在混凝土板和钢梁结合面上同一种特殊的短柱单元来全部或部分地模拟剪力连接键的作用,这种短柱单元能够反映由实验确定的非线性剪力-滑移关系.本程序的计算结果,包括对裂纹形式的预测,与钢筋混凝土板和钢-混凝土组合结构的试验结果具有很好的可比性.     

轿车制动性能统计分析与改进措施

利用数理统计方法，对409辆在用奥迪100轿车制动性能台试验测所得大量样本数据进行统计分析，揭示了该型轿车8项制动性能的统计特征和内在规律性，建立了相应的分布密度函数和分布函数模型。模型公式可以对制动性能的分布情况和相关概率进行准确的描述，计算结果与实测数据高度相符。本文研究还指出了车辆制动性能等方面存在的一些问题并提出了有针对性的改进措施和建议。