Application of the strain energy density criterion to ductile fracture

The strain energy density criterion due to Sih is used to predict fracture loads of two thin plates subjected to large elastic-plastic deformation. The prediction is achieved with a finite element analysis which is based on Hill's variational principle for incremental deformations capable of solving gross yielding problems involving arbitrary amounts of deformation. The computed results are in excellent agreement with those obtained in Sih's earlier analysis and with an experimental observation.

含旋转椭球形夹杂复合材料的弹塑性本构关系

在体胞模型的基础之上应用解析方法分析了颗粒或短纤维增强复合材料的本构行为，结合数值计算给出了表征材料本构关系的解析表达式，提出了一种新的正交椭球坐标变换以简化推导过程，在计算中，将真实位移场分为两部分：基本场的扰动场，然后通过摄动方法将原来的非线性问题转化为一组线性方程组的求解，计算了当基体材料和夹杂的特征参数取不同值时的应力应变曲线，并与已有的实验和分析结果进行了比较，符合得较好，通过对数值计算结果的拟合，提出了一个颗粒或短纤维增强复合材料的弹塑性本构关系的解析表达式。

基于CE/SE方法的二维Euler型多物质流体弹塑性问题计算

将CE/SE方法推广到二维固体流体弹塑性问题的数值计算,同时结合杂交粒子水平集方法追踪物质界面和合适的边界条件,提出一套完整的二维Euler型流体弹塑性计算方案.通过长钨杆侵彻装甲钢实验的数值模拟,对方法的精度和有效性进行验证.

模拟弹塑性碰撞的修正SPH方法

从基本的无网格光滑粒子法SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)近似出发,修正了模拟固体力学中大变形弹塑性碰撞的SPH方法.在边界处采用修正的边界条件,弹塑性分析过程中采用增量理论计算应力,迭代过程中用守恒光滑法进行滤波修正消除拉力不稳定.对SPH方法进行了程序实现,给出了杆弹塑性碰撞的算例.计算分析表明,SPH方法节点的影响域较大、精度较相同节点间距有限元法的结果有一定差距,但是通过增加粒子数量可以提高SPH的精度,保持了其简单性和计算大变形的特性.

弹塑性海床上的管土相互作用分析

海底管线的在位稳定性问题足海底管线设计中的关键问题之一，为对海底管线的设计提供理论依据，采用大型通用有限元软件ABAQus对管土系统进行分析。士体的本构模型采用动态的Ramberg-Osgood弹塑性模型，通过改变管道的水下重、环境载荷等参数进行计算。计算结果表明，由于土体侧向隆起而形成的楔形与试验结果相比吻合，管道的水下重、环境载荷对管道的稳定性都有一定程度的影响，并得到了管道侧向失稳的判别准则。

陶瓷晶须增强铝基复合材料初始段性能预测

本文利用挤铸造方法结合热压的方法制备了Al_(18)B_4O_(33)w/Al和SiCw/Al复合材料，实现了对增强体取向的调整。利用SEM在位观测、MTS宏观拉伸等实验方法研究了复合材料的细观结构、细观损伤演化规律和材料的宏观性能。通过理论分析、数值计算，结合实验的方法，定量地讨论了材料性能和其微观结构参数之间的关系，定性地总结了短纤维增强金属基复合材料的细观损伤演化规律。经过分析和实验，阐明了热挤压对短纤维增强金属基复合材料增强体空间取向性（取向密度）的影响；讨论了在短纤维增强金属基复合材料中宏观应变和基体、增强体应变的关系；并且进一步研究了密排、多取向群体短纤维增强体的应变，在材料处于弹性和塑性阶段的演化规律；提出了利用增强体轴向应变和材料宏观应变在该方向的分量之比值λ_f来描述增强体增强效果，给出了λ_f在材料承载过程中的演化规律；总结了短纤维增强金属基复合材料的性能（弹性模量）和晶须空间取向之间的关系；利用修正了的混合定律比较好地预测了短纤维增强金属基复合材料的弹性模量；并且进一步预测了短纤维增强金属基复合材料的弹塑性性能。

A surface energy model and application to mechanical behavior analysis of single crystals at sub-micron scale

Size effects of mechanical behaviors of materials are referred to the variation of the mechanical behavior due to the sample sizes changing from macroscale to micro-/nanoscales. At the micro-/nanoscale, since sample has a relatively high specific surface area (SSA) (ratio of surface area to volume), the surface although it is often neglected at the macroscale, becomes prominent in governing the energy effect, although it is often neglected at the macroscale, becomes prominent in governing the mechanical behavior. In the present research, a continuum model considering the surface energy effect is developed through introducing the surface energy to total potential energy. Simultaneously, a corresponding finite element method is developed. The model is used to analyze the axial equilibrium strain problem for a Cu nanowire at the external loading-free state. As another application of the model, from dimensional analysis, the size effects of uniform compression tests on the microscale cylinder specimens for Ni and Au single crystals are analyzed and compared with experiments in literatures. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação numérica de estabilidade lateral de vigas casteladas

Restrições de espaço e altura são frequentemente impostas às edificações residenciais, comerciais, industriais, depósitos e galpões com um ou diversos pavimentos em função de aspectos de regulamentos regionais, técnicos, econômicos ou ainda de natureza estética. A fim de proporcionar a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, grandes alturas são normalmente requeridas, demandando por vezes, magnitudes de altura inviáveis entre pavimentos de edificações. Diversas soluções estruturais podem ser utilizadas para equacionar tais obstáculos, onde dentre outras, pode-se citar as vigas com inércia variável, stub-girders, treliças mistas, vigas misuladas e vigas com uma ou múltiplas aberturas na alma com geometrias variadas. No que tange às vigas casteladas, solução estrutural pautada neste estudo, a estabilidade é sempre um motivo de preocupação tipicamente durante a construção quando os contraventamentos laterais ainda não estão instalados. De qualquer forma, o comprimento destravado em geral alcançado pelos vãos destas vigas, são longos o suficiente para que a instabilidade ocorra. Todavia, o acréscimo substancial da resistência à flexão de tais membros devido ao aumento da altura oriundo de seu processo fabril em relação ao perfil matriz, aliada a economia de material e utilidade fim de serviço, garante a atratividade no aproveitamento destas, para grandes vãos junto aos projetistas. Não obstante, este aumento proporcional no comprimento dos vãos faz com que a instabilidade lateral ganhe importância especial. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo numérico que permita a realização de uma avaliação paramétrica a partir da calibração do modelo com resultados experimentais, efetuar a análise do comportamento de vigas casteladas e verificar seus mecanismos de falha, considerando comportamento elasto-plástico, além das não-linearidades geométricas. Também é objetivo deste trabalho, avaliar, quantificar e determinar a influência das diferenças geométricas características das vigas casteladas em relação às vigas maciças com as mesmas dimensões, analisando e descrevendo o comportamento estrutural destas vigas de aço para diversos comprimentos de vãos. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos.

Avaliação de ligações entre perfis tubulares em aço submetidas a esforços de flexão.

Os perfis tubulares sem costura são largamente utilizados em diversos países, porém, no Brasil, o uso desses perfis na construção civil era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. Considerando uma nova realidade para o uso de perfis tubulares, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo T com perfis tubulares quadrados (SHS) para o banzo e para o montante efetuada com base na norma europeia, Eurocode 3, no CIDECT, na NBR 16239:2013 e ISO 14346 através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Verificou-se a influência do momento atuante no montante no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta ligação. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises através da lei constitutiva tensão versus deformação trilinear de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A nãolinearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado. Os resultados numéricos são avaliados para a ligação em estudo quanto aos modos de falha e a distribuição de tensões. A análise dos momentos resistentes obtidos em comparação com os resultados do modelo numérico, apresentou valores excessivamente a favor da segurança no cálculo utilizando as equações de dimensionamento. Um estudo para fatores de correção das equações de dimensionamento é proposto.

Comportamento estrutural de vigas casteladas em aço inoxidável.

As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança.

Avaliação de ligações tubulares tipo T entre CHS com reforço tipo chapa.

Os perfis tubulares sem costura são utilizados em diversos países, principalmente devido às vantagens associadas à estética a sua elevada resistência à torção, cargas axiais e efeitos combinados. Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda utilizam de forma veemente estas estruturas e possuem produção contínua e industrializada com alto nível de desenvolvimento tecnológico. O Brasil, porém, se limitava praticamente ao uso destes perfis nas coberturas espaciais. Devido ao aumento da utilização desses tipos de estruturas, fez-se necessário o aprofundamento dos estudos com métodos de análise coerentes para utilização de perfis tubulares, principalmente em relação às ligações, pois são consideradas regiões vulneráveis neste tipo de estrutura. Para atender a necessidade de normatização deste procedimento desenvolveu-se uma norma brasileira específica para o dimensionamento de estruturas em perfis tubulares. Considerando esta perspectiva, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo T com reforço tipo chapa com perfis tubulares circulares (CHS) para o banzo e para o montante efetuada com base na norma europeia, Eurocode 3, no CIDECT, na NBR 16239:2013 e ISO 14346. Desenvolveu-se no programa Ansys um modelo de elementos finitos para cada tipo de ligação analisada, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. Verificou-se a influência da compressão atuante no montante no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta ligação. A nãolinearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises através da lei constitutiva tensão versus deformação bilinear de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizada. A análise dos esforços resistentes obtidos em comparação com os resultados do modelo numérico, apresentaram valores a favor da segurança no cálculo utilizando as equações de dimensionamento. Por fim um estudo para fatores de correção das equações de dimensionamento foi também proposto.

Insight into differences in nanoindentation properties of bone.

Nanoindentation provides the ideal framework to determine mechanical properties of bone at the tissue scale without being affected by the size, shape, and porosity of the bone. However, the values of tissue level mechanical properties vary significantly between studies. Since the differences in the bone sample, hydration state, and test parameters complicate direct comparisons across the various studies, these discrepancies in values cannot be compared directly. The objective of the current study is to evaluate and compare mechanical properties of the same bones using a broad range of testing parameters. Wild type C56BL6 mice tibiae were embedded following different processes and tested in dry and rehydrated conditions. Spherical and Berkovich indenter probes were used, and data analysis was considered within the elasto-plastic (Oliver-Pharr), viscoelastic and visco-elastic-plastic frameworks. The mean values of plane strain modulus varied significantly depending on the hydration state, probe geometry and analysis method. Indentations in dry bone analyzed using a visco-elastic-plastic approach gave values of 34 GPa. After rehydrating the same bones and indenting them with a spherical tip and utilizing a viscoelastic analysis, the mean modulus value was 4 GPa, nearly an order of magnitude smaller. Results suggest that the hydration state, probe geometry and the limitations and assumptions of each analysis method influence significantly the measured mechanical properties. This is the first time that such a systematic study has been carried out and it has been concluded that the discrepancies in the mechanical properties of bone measured by nanoindentation found in the literature should not be attributed only to the differences between the bones themselves, but also to the testing and analysis protocols.

Mechanics of indentation

The fundamental contact mechanics principles underlying nanoindentation testing techniques are reviewed. A range of material constitutive responses are covered, including elastic, plastic, and viscous deformation, and incorporating indentation of linearly viscoelastic materials and poroelastic materials. Emphasis is on routine analysis of experimental nanoindentation data, including deconvolution techniques for material properties measurements during indentation. In most cases, an analytical approach for an isotropic half-space is considered. Special cases are briefly described, including anisotropic materials, inhomogeneous composite materials and layered filmsubstrate systems. © 2011 by Pan Stanford Publishing Pte. Ltd. All rights reserved.

弹塑性海床上的海底管道沉降特性分析

海底管线的在位稳定性问题是海底管线设计中的关键问题之一,为对海底管线的设计提供理论依据,采用有限元软件ABAQUS对管土系统进行分析。海床土体采用Ramberg-Osgood模型进行模拟,管土接触面采用"接触对"的算法进行处理,解决了管道嵌入海床的动边界接触问题。通过改变管道的水下重、环境载荷、管径、屈服应力等参数进行计算。数值计算结果表明这些参数对管道的沉降量都有一定程度的影响。

Effects of sintering temperature on morphology and mechanical characteristics of 3D printed porous titanium used as dental implant

Porous titanium samples were manufactured using the 3D printing and sintering method in order to determine the effects of final sintering temperature on morphology and mechanical properties. Cylindrical samples were printed and split into groups according to a final sintering temperature (FST). Irregular geometry samples were also printed and split into groups according to their FST. The cylindrical samples were used to determine part shrinkage, in compressive tests to provide stress-strain data, in microCT scans to provide internal morphology data and for optical microscopy to determine surface morphology. All of the samples were used in microhardness testing to establish the hardness. Below 1100 C FST, shrinkage was in the region of 20% but increased to approximately 30% by a FST of 1300 C. Porosity varied from a maximum of approximately 65% at the surface to the region of 30% internally. Between 97 and 99% of the internal porosity is interconnected. Average pore size varied between 24 µm at the surface and 19 µm internally. Sample hardness increased to in excess of 300 HV0.05 with increasing FST while samples with an FST of below 1250 C produced an elastic-brittle stress/strain curve and samples above this displayed elastic-plastic behaviour. Yield strength increased significantly through the range of sintering temperatures while the Young's modulus remained fairly consistent. © 2013 Elsevier B.V.