大型焊接結(jié)構(gòu)三維熱彈塑性應(yīng)力分析的研究

研制成功了大型焊接結(jié)構(gòu)三維傳熱和熱彈塑性應(yīng)力分析的有限元系統(tǒng)，提出了改善高溫時(shí)計(jì)算精度和收斂性的若干方法，取得了良好的效果，通過(guò)了實(shí)驗(yàn)證和考核，并已經(jīng)在實(shí)際三維焊接結(jié)構(gòu)，如凝汽器，壓縮機(jī)等焊接變形和應(yīng)力的分析中得到非常成功的應(yīng)用。進(jìn)行了該項(xiàng)目的國(guó)際合作研究和交流，取得了顯著的成績(jī)。利用該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以進(jìn)行三維焊接傳熱和動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變的研究以及殘余應(yīng)力和變形的預(yù)測(cè)，從而為防止各類(lèi)焊接裂紋，優(yōu)化焊接工藝和設(shè)計(jì)，控制焊質(zhì)量和保證大型焊接結(jié)構(gòu)的安全可靠性，提供強(qiáng)有力的手段和依據(jù)，從而具有廣闊的應(yīng)用前景。 2100433B

彈塑件力學(xué)是固體力學(xué)的重要分支學(xué)科。固體材料往往同時(shí)具有彈性和塑性性質(zhì)，特別是材料處在塑性階段時(shí)，變形中既有可恢復(fù)的彈性變形，又有不可恢復(fù)的塑性變形。

大多數(shù)固體材料往往同時(shí)具有彈性和塑性性質(zhì)，因此又常被稱(chēng)為彈塑性材料。彈塑性指的是物體在外力作用下會(huì)發(fā)生變形，而外力卸載之后變形不一定能完全恢復(fù)的性質(zhì)，其中變形中可恢復(fù)部分稱(chēng)為彈性變形，不可恢復(fù)部分稱(chēng)為塑性變形。

彈性力學(xué)討論固體材料中的理想彈性體及同體材料彈性變形階段的力學(xué)問(wèn)題，包括在外力作用下彈性物體的內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變和位移的分布，以及與之相關(guān)的基礎(chǔ)理論。

塑性力學(xué)討論固體材料中塑性階段的力學(xué)問(wèn)題，采用宏觀連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的研究方法，從材料的宏觀塑性行為中抽象出力學(xué)模型，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程予以描述?？勺冃瓮w的彈性階段與塑性階段是整個(gè)變形過(guò)程中的兩個(gè)不同階段，彈塑性力學(xué)是研究這兩個(gè)密切相連階段力學(xué)問(wèn)題的科學(xué)。

彈塑性力學(xué)經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，具有一套較完善的理論和方法。隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，研究彈塑性力學(xué)新的理論、方法及其在基礎(chǔ)工程上的應(yīng)用尤顯重要。塑性力學(xué)與彈性力學(xué)有著密切的關(guān)系，彈性力學(xué)中的大部分基本概念和處理問(wèn)題的方法都可以在塑性力學(xué)中得到應(yīng)用。

彈性力學(xué)與塑性力學(xué)的根本區(qū)別在于彈性力學(xué)是以應(yīng)力和應(yīng)變呈線性關(guān)系的廣義Hooke定律為基礎(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，在塑性力學(xué)的范圍中，應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系呈非線性，而這種非線性的特征與所研究的具體材料有關(guān)，對(duì)于不同的材料和條件，具有不同的變化規(guī)律。

工程材料在應(yīng)力超過(guò)彈性極限以后并未發(fā)生破壞，仍具有一定繼續(xù)承受載荷的能力，但剛度相對(duì)地降低，故以彈性力學(xué)為基礎(chǔ)的沒(méi)計(jì)方法不能充分發(fā)揮材料的潛力，某種程度上導(dǎo)致材料的浪費(fèi)。因此，以塑性力學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法比彈性力學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)更為優(yōu)越，更符合實(shí)際工程應(yīng)用。 2100433B

現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、評(píng)估和加固迫切需要高質(zhì)量的非線性分析，混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析的關(guān)鍵在于本構(gòu)關(guān)系。當(dāng)前活躍于國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界的混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型仍限于二維問(wèn)題，其三維拓展具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本項(xiàng)目從混凝土的三維力學(xué)行為特征和彈塑性損傷體的自由能勢(shì)二方面著手，建立三維彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系。通過(guò)多種加卸載路徑中的三軸材料力學(xué)試驗(yàn)，獲得強(qiáng)度、剛度和永久變形的三維演化形態(tài)，構(gòu)造合適的強(qiáng)化變量、損傷變量演化函數(shù)和塑性勢(shì)函數(shù)；結(jié)合運(yùn)用現(xiàn)代熱力學(xué)和損傷力學(xué)的觀點(diǎn)和方法，對(duì)自由能勢(shì)進(jìn)行重新審視和深入探索，為本構(gòu)關(guān)系的推演提供一個(gè)合理的出發(fā)點(diǎn)；深入分析塑性演化、損傷演化和自由能勢(shì)之間的相互制約和影響，建立既具有嚴(yán)格的熱力學(xué)基礎(chǔ)，又能較好地反映混凝土三軸試驗(yàn)現(xiàn)象的本構(gòu)關(guān)系。實(shí)現(xiàn)直接基于三維彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系的混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析，為對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為的認(rèn)識(shí)和數(shù)值模擬提供新的視角和方法。