检索结果-内蒙古大学图书馆

材料工程 2021年第11期49卷 147-155页

作者：王彦菊李神龙贺炜林沙爱学贾崇林孟宝万敏中国航发北京航空材料研究院应用评价中心北京100095 中国航发长江动力有限公司研发中心湖南岳阳414000 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095

高温合金具有优良的综合性能,是航空发动机高性能构件的首选材料。由于高温合金带材屈服强度高、壁厚超薄、回弹明显、构件成形精度难以控制,因此研究现有循环本构模型对于高温合金带材变形预测的适用性具有重要意义。基于循环剪切实验... 详细信息

高温合金具有优良的综合性能,是航空发动机高性能构件的首选材料。由于高温合金带材屈服强度高、壁厚超薄、回弹明显、构件成形精度难以控制,因此研究现有循环本构模型对于高温合金带材变形预测的适用性具有重要意义。基于循环剪切实验,研究了不同循环塑性本构模型(Armstrong-Frederick(A-F)模型、Yoshida-Uemori(Y-U)模型和the anisotropic nonlinear kinematic(ANK)模型)对高温合金超薄带材循环塑性变形响应的表征效果。同时,通过U形弯实验和有限元仿真结果的对比,分析了不同屈服准则(Hill48,Barlat89和YLD2000-2d)结合不同循环塑性模型对于回弹预测的影响。结果表明,采用Y-U模型对高温合金超薄板循环塑性变形行为的表征能力最好,A-F和ANK模型次之。采用Y-U模型对回弹的预测精度高于各向同性模型和A-F模型,而屈服准则对回弹预测精度的影响不大,采用基于Hill48和YLD2000-2d屈服准则的Y-U模型,回弹预测误差可以控制在5%以内。

关键词：高温合金循环塑性本构模型循环剪切实验回弹预测 Y-U模型

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引入内结构张量的非比例循环塑性本构模型

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上海交通大学学报 2007年第6期41卷 1008-1011,1016页

作者：张艺潇赵社戌上海交通大学工程力学系上海200240

考虑非比例加载情况下金属材料塑性循环强化特性的本构描述,为反映由于非比例加载而引起材料的附加等向强化及异向强化效应,提出在Valanis的塑性内时响应方程中引入与加载路径几何性质有关的内结构张量,建立了新的非比例循环塑性本构模... 详细信息

考虑非比例加载情况下金属材料塑性循环强化特性的本构描述,为反映由于非比例加载而引起材料的附加等向强化及异向强化效应,提出在Valanis的塑性内时响应方程中引入与加载路径几何性质有关的内结构张量,建立了新的非比例循环塑性本构模型.其中,材料强化程度采用沿路径法线方向的塑性应变分量描述.用所建模型对304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的响应进行了理论预测,并与相关文献中的实验结果进行了比较,结果令人满意.

关键词：非比例循环加载内结构张量循环塑性本构模型

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轮轨非稳态载荷下钢轨疲劳裂纹萌生分析

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机械工程学报 2023年第18期59卷 283-293页

作者：李伟周志军温泽峰姚学东赵鑫西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为分析轮轨非稳态载荷与钢轨疲劳裂纹萌生的关系,利用有限元法建立二维轮轨非稳态循环滚动接触有限元模型。非稳态以移动法向载荷随时间简谐变化实现,采用考虑棘轮效应的JIANG-SEHITOGLU循环塑性本构模型,计算不同轮轨循环接触状态下的... 详细信息

为分析轮轨非稳态载荷与钢轨疲劳裂纹萌生的关系,利用有限元法建立二维轮轨非稳态循环滚动接触有限元模型。非稳态以移动法向载荷随时间简谐变化实现,采用考虑棘轮效应的JIANG-SEHITOGLU循环塑性本构模型,计算不同轮轨循环接触状态下的残余应力、应变场,结合多轴疲劳损伤模型,分析钢轨疲劳启裂寿命、位置和方向。计算结果表明,轮轨非稳态循环滚动会引起钢轨接触表面波浪形塑性变形,其波长与载荷压力波长一致。随着循环滚动次数累加,残余应力和剪切应变在钢轨表面变形的波峰和波谷处逐渐增大,并在滚动次数达到40次后趋于稳定,且在波谷处大于波峰处;在钢轨表层产生的轴向残余应力大于纵向。轮轨蠕滑率对钢轨轴向和纵向残余应力影响较小,对残余剪切应变影响较大。车轮单次滚动过于低估残余应力应变和疲劳寿命;考虑车轮循环滚动时,轮轨接触斑全滑动时的钢轨启裂寿命为纯滚动时的4.5倍;波谷位置处的钢轨启裂寿命为波峰位置处的1.4倍。

关键词：非稳态载荷轮轨黏滑滚动循环塑性本构模型残余应力应变启裂寿命

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航空发动机金属封严环成形回弹预测与控制

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锻压技术 2021年第9期46卷 145-153页

作者：孟宝贺炜林万敏北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

基于循环加载-卸载和循环剪切试验,研究了0.2 mm厚的GH4169高温合金超薄板的循环塑性变形行为,评估了不同强化模型的预测精度。结果表明,GH4169高温合金超薄板在循环塑性变形过程中的弹性模量衰减了19%,Y-U模型能够有效表征GH4169高温... 详细信息

基于循环加载-卸载和循环剪切试验,研究了0.2 mm厚的GH4169高温合金超薄板的循环塑性变形行为,评估了不同强化模型的预测精度。结果表明,GH4169高温合金超薄板在循环塑性变形过程中的弹性模量衰减了19%,Y-U模型能够有效表征GH4169高温合金超薄板的循环力学响应行为。U形弯曲和封严环液压成形工艺过程的仿真表明,Y-U模型对于回弹的预测精度高于A-F和各向同性模型。基于Y-U模型和型面补偿方法可使封严环的正向和反向回弹量分别降低52.2%和68.1%。

关键词：高温合金超薄板封严环循环塑性变形循环塑性本构模型回弹预测

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10Ni5CrMoV高强钢焊接接头疲劳裂纹扩展行为

10Ni5CrMoV高强钢焊接接头疲劳裂纹扩展行为

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作者：王强哈尔滨工业大学

学位级别：博士

焊接是潜艇、航母和驱逐舰等船体结构最主要的一种连接工艺。焊接接头中不可避免地存在缺陷,通常认为焊接结构的疲劳寿命可以仅由断裂力学方法评估,裂纹萌生阶段所占比例极小可忽略。由于长期处于极为恶劣的海洋环境中,深刻理解船体结... 详细信息

焊接是潜艇、航母和驱逐舰等船体结构最主要的一种连接工艺。焊接接头中不可避免地存在缺陷,通常认为焊接结构的疲劳寿命可以仅由断裂力学方法评估,裂纹萌生阶段所占比例极小可忽略。由于长期处于极为恶劣的海洋环境中,深刻理解船体结构材料焊接接头的疲劳裂纹扩展行为对船体焊接结构损伤容限设计与评估极为重要。本文针对我国新一代潜艇等船体结构用Ni-Cr-Mo-V系高强钢,10Ni5Cr Mo V高强钢及其焊接接头的疲劳裂纹扩展行为进行了系统的研究,对影响裂纹扩展行为的众多因素进行了详细的量化分析。由于无论是在计算焊接力学,还是在疲劳裂纹扩展过程中的裂尖应力应变响应和焊接残余应力重分布分析中,材料的弹塑性力学性能都是必不可少的参数,本文首先对10Ni5Cr Mo V高强钢的循环粘塑性力学行为进行了研究。分别采用不同应变速率的单调拉伸加载,对称和非对称应变控制加载,非对称应力控制加载测试了材料的基本循环粘塑性力学性能,结果表明10Ni5Cr Mo V高强钢室温下率相关性很弱,应变控制加载下材料表现出非线性-线性-非线性的循环软化行为并且连续演化直至断裂,没有出现饱和值。非对称应力控制循环加载下材料表现出三阶段渐进棘轮行为,没有出现安定的棘轮。据此提出了一个新的针对循环软化不饱和且具有渐进棘轮材料的循环粘塑性本构模型,量化了各向同性硬化和随动硬化对循环硬化的贡献,澄清了模型中材料参数的确定方法。焊接残余应力的准确表征是研究其对疲劳裂纹扩展速率影响的基础。为此采用试验测试和有限元模拟的方法对10Ni5Cr Mo V高强钢单道焊和多层多道焊接头残余应力进行了研究,在分析材料本构模型、固态相变、焊接加热和冷却过程中屈服强度变化对模拟结果影响的基础上,通过与实测结果的对比,给出了推荐的10Ni5Cr Mo V高强钢接头焊接残余应力的热-冶金-力有限元计算模型:采用基于随动硬化的混合硬化准则并考虑固态相变与屈服强度改变的热-冶金-力计算模型。模型计算结果与实测数据吻合良好。随后,为了了解10Ni5CrMoV高强钢焊接接头的基本疲劳裂纹扩展性能,试验测试了母材和焊缝试样I型加载下的疲劳裂纹扩展速率,分析了材料组织、应力比对扩展速率的影响,并结合组织和断口分析、疲劳轨迹图对扩展速率测试结果进行了剖析。结果表明,随着的应力比的增加扩展速率曲线左移,每个应力比下焊缝都比母材有更高的疲劳裂纹扩展抗力。回火索氏体中的碳化物组织导致了母材高的脆性,相反裂纹在焊缝中编织物状的针状铁素体结构中杂乱无章的铁素体板条内的扩展路径更加曲折,疲劳裂纹扩展速率更慢。断口分析和疲劳轨迹图均表明随着裂纹长度和应力比的增加母材和焊缝中的裂纹扩展机制由疲劳断裂主导逐渐转变为疲劳断裂与穿晶准解理断裂的混合断裂模式。此外,闭合法和双参数法都能够很好地预测I型加载下母材中疲劳长裂纹扩展的应力比效应,由于切取的焊缝试样中残留的焊接残余应力两种方法对焊缝试样的归一化效果较差。在理解了I型加载下的基本疲劳裂纹扩展性能后,进一步研究了10Ni5Cr Mo V高强钢焊接接头在更接近于实际服役情况的I-II型复合加载下的裂纹扩展行为。由于断裂力学试样中部分残留的压缩焊接残余应力作用,焊缝试样中的裂纹闭合水平显著提高,根据所有I型和I-II加载下试样的力-柔度偏离曲线的数据,采用ASTM标准中4%柔度偏离准则确定10Ni5CrMoV高强钢焊接接头裂纹张开力Fop比较合适。Tanaka,Richard和Borrego等人提出的有效应力强度因子幅值参数对实测的I-II型复合加载的裂纹扩展速率数据的归一化效果较差。提出了一个结合双参数和闭合模型的统一的I-II型复合加载下疲劳裂纹扩展驱动力参量,实现了I-II型加载不同角度下扩展速率更好的预测。基于以上的研究结果,本文最后量化研究了焊接残余应力对10Ni5Cr Mo V高强钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率的影响。首先分析了焊接残余应力对于叠加法和闭合法中两个重要参量残余应力强度因子Kres和裂纹张开应力ζop的影响,结果表明当裂纹在较大的压缩焊接残余应力场中扩展时,由于残余内应力与外载叠加作用产生的新的塑性变形对Kres的计算有较大影响;其次分析了拉伸和压缩的焊接残余应力场对塑性诱发裂纹闭合程度的影响。基于这些结果,本文提出了疲劳裂纹扩展过程中焊接残余应力弹性重分布和塑性重分布的概念,在采用叠加法分析焊接残余应力对疲劳裂纹扩展的影响时需要考虑塑性重分布的影响。提出了考虑焊接残余应力塑性重分布后的修正叠加模型和统一的有效驱动力模型,分别实现了比传统的仅考虑弹性重分布的叠加模型和传统的闭合模型更好的疲劳裂纹扩展过程中焊接残余应力效应的预测效果,由此阐明了焊接残余应力对疲劳裂纹扩展速率的影响。建立了焊接残余应力场中含缺陷结构的损伤容限评估流程。

关键词： 10Ni5CrMoV高强钢疲劳裂纹扩展焊接残余应力针状铁素体循环塑性本构模型塑性诱发裂纹闭合

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奥氏体不锈钢循环塑性的微观机理和宏观本构描述

奥氏体不锈钢循环塑性的微观机理和宏观本构描述

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作者：于敦吉天津大学

学位级别：博士

由于具备较强的耐腐蚀性和较好的可塑性以及一定的强度,奥氏体不锈钢成为大型工业机械结构材料的首选,如化工厂的换热器、核电站的回路管道等。在这些应用场合中,承压冷热流体的波动引起温度场和力场的耦合周期性变化,对奥氏体不锈钢的... 详细信息

由于具备较强的耐腐蚀性和较好的可塑性以及一定的强度,奥氏体不锈钢成为大型工业机械结构材料的首选,如化工厂的换热器、核电站的回路管道等。在这些应用场合中,承压冷热流体的波动引起温度场和力场的耦合周期性变化,对奥氏体不锈钢的循环机械可靠性提出了较高的要求,同时也引起了工程材料研究者的高度关注。本文对304L和316LN两种奥氏体不锈钢在室温和高温下的循环塑性行为进行了一系列试验研究,结果发现:(1)304L奥氏体不锈钢在室温应变循环加载条件下呈现显著的二次循环硬化特征;(2)316LN奥氏体不锈钢在623-823 K温度范围内恒温应变循环加载条件下表现出显著的循环硬化,而且在423-823 K温度循环和机械应变循环耦合加载条件下表现出额外的循环硬化;(3)316LN奥氏体不锈钢的循环应力响应在室温下与应变率正相关,而在高温下对应变率不敏感;(4)316LN奥氏体不锈钢在室温应力循环加载条件下棘轮应变累积明显,而在高温下棘轮效应较快安定。奥氏体不锈钢的这些循环塑性特性主要与马氏体相变和动态应变时效相关。本文利用实时原位中子衍射对304L奥氏体不锈钢在室温下的应变循环行为进行了研究,结果表明在二次循环硬化阶段,马氏体相比奥氏体相承受的应力水平要高的多,但两相的平均应力状态均保持稳定,从而说明马氏体相的含量是影响材料循环硬化的关键因素。本文通过分析316LN奥氏体不锈钢的单轴拉伸、应变循环和应力循环行为,总结出了动态应变时效作用结果的特征,从而表明材料在高温下表现出的显著循环硬化是由动态应变时效所致。本文还基于上述的试验结果,对316LN奥氏体不锈钢的循环塑性行为进行了宏观本构描述:(1)通过改进随动硬化律Ohno-Wang II模型中的硬化指数mi提出了一个可以描述该材料在室温下的循环硬化和率相关特性的粘塑性模型,能够更为准确的描述该材料室温不同加载条件下的棘轮行为;(2)以McDowell模型为框架,提出了一个将各向同性硬化律以非连续方式作用于短程背应力的演化的热粘塑性模型,可以对该材料不同温度和应变率下的单轴拉伸和应变循环行为进行较好的模拟,也能对该材料热机耦合循环、单轴棘轮以及有循环加载历史的单轴拉伸行为进行较好的预测。

关键词：奥氏体不锈钢循环硬化马氏体相变动态应变时效循环塑性本构模型

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黏土在被动围压下的棘轮行为实验及本构模型研究

黏土在被动围压下的棘轮行为实验及本构模型研究

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作者：王孝文西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速公路的飞速发展,高速公路的行车安全问题越来越受到广泛重视,如何保证路基的长期动力稳定性是贯穿设计、施工和后期养护的关键问题。路基的长期动力稳定性问题主要是指在公路设计生命周期内,在车辆周期性循环动力荷载作用下... 详细信息

随着我国高速公路的飞速发展,高速公路的行车安全问题越来越受到广泛重视,如何保证路基的长期动力稳定性是贯穿设计、施工和后期养护的关键问题。路基的长期动力稳定性问题主要是指在公路设计生命周期内,在车辆周期性循环动力荷载作用下,路基土发生体积变化和塑性变形累积,进而导致路基的累积附加沉降。当路基附加沉降到一定程度后,将发生地基的动力失稳,发生塌陷等灾害事故。为研究路基土在循环荷载作用下的累积变形规律,以黏土为基础材料,通过人工重塑实验材料,探究在不同被动围压下不同含水率黏土的棘轮行为特征,进而将次加载面理论和修正剑桥模型结合,建立循环塑性本构模型,对黏土在循环压力载荷下的棘轮行为进行模拟,研究结果可为路基累积沉降等问题的分析提供理论指导。论文具体工作总结如下:(1)人工重塑了16%、18%、20%含水率的黏土,利用开发的被动围压夹具开展被动围压下的循环加载实验。结果显示,18%含水率为最佳含水率,此时的棘轮应变演化速率最慢;黏土的棘轮应变与加载的上下限、平均力、力幅值密切相关:棘轮应变随加载下限的增加而减小,随加载上线的增加而增加;棘轮应变随加载平均力和力幅值的增加而增加;在最佳含水率下,随着加载平均力的继续增加,棘轮应变逐渐达到稳定。(2)通过引入次加载面理论建立了循环塑性本构模型框架,对其特有的材料参数c、X、u进行研究发现,随着参数c的增加,循环加载时的滞回环的大小和棘轮应变减小;当参数X增加,棘轮应变随之增加;参数u能够显著影响应力-应变曲线的斜率,斜率大小与u成正比;进而将次加载面理论引入修正剑桥模型之中,建立了黏土循环塑性本构模型。(3)分别利用最近点投影法和切平面法,基于隐式应力积分算法对提出的循环塑性本构模型进行了数值实现,通过与ABAQUS中的修正剑桥模型模拟结果进行对比,验证了两种算法下数值实现的准确性。通过对比发现,需要对屈服函数求偏导的最近点投影法的计算效率和准确性优于切平面法。进而对不同加载工况下的棘轮行为实验进行模拟,发现实验和模拟的结果吻合较好,表明提出的基于次加载面理论的循环塑性本构模型可用于预测黏土的棘轮行为。

关键词：黏土棘轮行为次加载面理论循环塑性本构模型数值实现

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循环应变载荷下材料non-massing现象数值模拟

循环应变载荷下材料non-massing现象数值模拟

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作者：季媛媛上海交通大学

学位级别：硕士

目前,在应变疲劳分析中已普通采用循环应力-应变曲线来描述材料的循环性能。对于一些满足或者近似满足massing假设的材料,上述方法是成功的,但是对于许多不符合massing假设的材料,即non-massing材料,若仍利用massing假设进行滞后环描述... 详细信息

目前,在应变疲劳分析中已普通采用循环应力-应变曲线来描述材料的循环性能。对于一些满足或者近似满足massing假设的材料,上述方法是成功的,但是对于许多不符合massing假设的材料,即non-massing材料,若仍利用massing假设进行滞后环描述,则会引入较大的误差。本文通过对Jiang-Sehitoglu循环本构模型的修正,将背应力的演化方程、非比例硬化参数以及屈服半径不变性等引入到其循环塑性本构中,建立了模拟材料non-massing现象的模型。在此本构模型基础上,利用隐式积分方法,推导出新的应力和背应力积分公式以及整体迭代所需的一致切线刚度矩阵。然后,借助大型有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT,将模型嵌入到有限元分析软件中,对具有典型non-massing现象的材料多晶铜进行了数值模拟,将得到的模拟结果和试验结果比较,可以看出两者具有很好的吻合性。

关键词：循环载荷应变幅值 non-massing现象循环塑性本构模型

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