大型焊接结构三维热弹塑性应力分析的研究

研制成功了大型焊接结构三维传热和热弹塑性应力分析的有限元系统，提出了改善高温时计算精度和收敛性的若干方法，取得了良好的效果，通过了实验证和考核，并已经在实际三维焊接结构，如凝汽器，压缩机等焊接变形和应力的分析中得到非常成功的应用。进行了该项目的国际合作研究和交流，取得了显著的成绩。利用该计算机系统，可以进行三维焊接传热和动态应力应变的研究以及残余应力和变形的预测，从而为防止各类焊接裂纹，优化焊接工艺和设计，控制焊质量和保证大型焊接结构的安全可靠性，提供强有力的手段和依据，从而具有广阔的应用前景。 2100433B

弹塑件力学是固体力学的重要分支学科。固体材料往往同时具有弹性和塑性性质，特别是材料处在塑性阶段时，变形中既有可恢复的弹性变形，又有不可恢复的塑性变形。

大多数固体材料往往同时具有弹性和塑性性质，因此又常被称为弹塑性材料。弹塑性指的是物体在外力作用下会发生变形，而外力卸载之后变形不一定能完全恢复的性质，其中变形中可恢复部分称为弹性变形，不可恢复部分称为塑性变形。

弹性力学讨论固体材料中的理想弹性体及同体材料弹性变形阶段的力学问题，包括在外力作用下弹性物体的内力、应力、应变和位移的分布，以及与之相关的基础理论。

塑性力学讨论固体材料中塑性阶段的力学问题，采用宏观连续介质力学的研究方法，从材料的宏观塑性行为中抽象出力学模型，并建立相应的数学方程予以描述。可变形同体的弹性阶段与塑性阶段是整个变形过程中的两个不同阶段，弹塑性力学是研究这两个密切相连阶段力学问题的科学。

弹塑性力学经过一百多年的发展，具有一套较完善的理论和方法。随着现代科技的高速发展，研究弹塑性力学新的理论、方法及其在基础工程上的应用尤显重要。塑性力学与弹性力学有着密切的关系，弹性力学中的大部分基本概念和处理问题的方法都可以在塑性力学中得到应用。

弹性力学与塑性力学的根本区别在于弹性力学是以应力和应变呈线性关系的广义Hooke定律为基础。一般来说，在塑性力学的范围中，应力和应变之间的关系呈非线性，而这种非线性的特征与所研究的具体材料有关，对于不同的材料和条件，具有不同的变化规律。

工程材料在应力超过弹性极限以后并未发生破坏，仍具有一定继续承受载荷的能力，但刚度相对地降低，故以弹性力学为基础的没计方法不能充分发挥材料的潜力，某种程度上导致材料的浪费。因此，以塑性力学为基础的设计方法比弹性力学为基础的设计更为优越，更符合实际工程应用。 2100433B

现代结构设计、评估和加固迫切需要高质量的非线性分析，混凝土结构非线性分析的关键在于本构关系。当前活跃于国际学术界和工程界的混凝土弹塑性损伤本构模型仍限于二维问题，其三维拓展具有重要的理论意义和应用价值。本项目从混凝土的三维力学行为特征和弹塑性损伤体的自由能势二方面着手，建立三维弹塑性损伤本构关系。通过多种加卸载路径中的三轴材料力学试验，获得强度、刚度和永久变形的三维演化形态，构造合适的强化变量、损伤变量演化函数和塑性势函数；结合运用现代热力学和损伤力学的观点和方法，对自由能势进行重新审视和深入探索，为本构关系的推演提供一个合理的出发点；深入分析塑性演化、损伤演化和自由能势之间的相互制约和影响，建立既具有严格的热力学基础，又能较好地反映混凝土三轴试验现象的本构关系。实现直接基于三维弹塑性损伤本构关系的混凝土结构非线性分析，为对混凝土结构的力学行为的认识和数值模拟提供新的视角和方法。