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微塑性成形中,由于参与变形的晶粒数量有限,材料非均质现象显著,基于均匀化假设的宏观弹塑性模型不再适用,为了研究有限数量晶粒组成的材料塑性变形过程,需结合其微结构与微观塑性变形机制.参照金属材料的微结构,构建了非均质多晶模型,采用晶体塑性本构关系和Cauchy应力更新算法,设计了材料子程序(VUMAT),对含不同晶粒数目的圆形板料拉深过程进行模拟分析.研究表明,非均质多晶板料成形的筒形件具有明显制耳,但制耳轮廓无规律.晶粒数目增加会弱化材料非均质现象,使制耳高度降低,但又引起晶粒问约束增强,使拉深力小幅增长.

关键词: 微成形 , 非均质材料 , 塑性成形 , 拉深 , 晶体塑性 , 制耳

非均质复合材料力学性能分析的多边形有限元方法

王兆清 , 李淑萍

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2007.05.003

有限元方法是材料力学性能分析的主要工具.对于颗粒增强复合材料,其增强相或夹杂多为不规则的多边形,共采用经典有限元分析,需划分稠密的计算网格,降低分析效率.本文以多边形为有限元计算单元,采用Wachspress作为试函数,建立分析非均质材料力学性能的多边形有限元方法,给出形函数计算的简化公式.多边形单元的位移插值采用Wachspress插值,能自动满足不同形状单元间的协调性.计算网格按照材料分布的真实结构划分为若干多边形单元.数值算例验证了多边形有限元在模拟非均质材料力学性能方面的有效性和计算精度.

关键词: 非均质材料 , 数值模拟 , 多边形单元 , Wachspress插值 , 多边形有限元法

非均质材料有效模量的数值模拟方法

张景涛 , 王兆清 , 李淑萍

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2007.04.014

用数值方法模拟非均质材料成为近20多年来细观力学的主要手段之一.本文综述非均质材料有效模量的数值模拟的研究进展,介绍了模拟非均质材料的主要的数值方法与所采用的计算模型,评述了数值方法的特点,最后对非均质材料有效模量数值模拟的前景做了展望.

关键词: 非均质材料 , 数值模拟 , 计算模型 , 计算方法 , 有效模量

二维非均质材料应力场的数值化计算方法

周青华 , 王家序 , 王战江 , 金晓清

复合材料学报

等效夹杂方法是求解含杂质材料弹性应力场的一种有效方法,但是其解析求解只适用于椭球/椭圆类杂质问题.本文提出一种基于等效夹杂方法的数值化计算方法,介绍了其基本理论,并引入共轭梯度法求解该方法的一致性条件线性方程组.该方法通过计算区域的数值离散,能够实现对二维任意形状杂质弹性场的求解.将该方法得到的结果与解析解进行比较,验证了该方法的有效性.讨论了数值化等效夹杂方法在效率以及收敛性上的表现.通过对比证明,利用共轭梯度法实现该方法,能在保持精度的同时,相较于高斯消元法具有较大的效率优势.最后通过半椭圆杂质和氧化锆/氧化铝共挤复合材料算例验证了该方法处理任意形状杂质的能力.

关键词: 非均质材料 , 等效夹杂方法 , 共轭梯度法 , 杂质 , 应力场

粗晶粒Al多晶试件拉伸变形局部化的数值模拟

李剑荣 , 王曦 , 虞吉林

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2001.07.008

采用二维随机有限元法(SFEM)模拟了准静态拉伸载荷下具有随机不均匀材料属性的粗晶粒Al多晶试件的力学响应.模型考虑了晶粒的弹性各向异性和由于位错不均匀分布引起的晶粒屈服强度的差异,探讨了晶粒屈服强度分布及其样本差异对试件力学响应的影响.

关键词: 非均质材料 , 多晶体 , 宏/细观力学行为 , 变形局部化 , 数值模拟

非均质材料的细观力学行为研究

史平安

兵器材料科学与工程 doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2009.06.014

为了较好地模拟非均质材料的细观损伤行为,利用含夹杂与裂尖的解析胞元法建立考虑温度效应的复合材料内部裂尖邻域的细观力学模型,利用该模型分析非均质材料中初始缺陷对材料力学性能的影响.研究结果表明,建立的解析胞元法不仅能够比较精确地模拟非均匀材料细观几何结构特征对宏观性能的影响,还能够预测温度场变化引起的裂纹扩展.

关键词: 非均质材料 , 解析胞元 , 细观力学