一种通过实心圆轴扭转试验确定塑性材料的真实应力—应变关系的方法

本文介绍一种由分析实心圆轴扭转试验绘制的 M_n-图,绘制塑性材料真实应力应变关系的方法。它将避开通常拉伸试验测绘材料应力应变曲线时的下述困扰:1.因测试过程中试件尺寸 l、A 的变化所致系统偏差。2.因局部变形导致试件受力、变形的不均匀,难于测定高应变下的应力应变关系。因而,由本方法绘制的较精确完整的真实应力应变曲线可作为研究高应变力学问题的物理基础。     

单向拉伸颈缩阶段的应力状态及其表达式

单向拉伸试验中,在比例极限内,应力应变关系服从胡克定律．但是,从颈缩开始,其应力应变关系处于复杂应力状态．导出了单向拉伸试验颈缩开始后复杂应力的计算公式．     

铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

X80管线钢微孔洞形核

利用扫描电镜和透射电镜等手段,观察了X80管线钢中的夹杂物和MA岛,获得了它们的尺寸统计特征.应用不同颈缩程度的拉伸试验,探明了X80管线钢中微孔洞萌生的机理：第一阶段微孔洞的形核是围绕钙处理夹杂物,在颈缩初期已经开始;第二阶段属高应变量阶段,此时孔洞是通过MA岛/基体界面脱离形核.通过有限元法分析了拉伸过程,确定了试样的真实应力--应变曲线,计算了钙处理夹杂物/基体界面强度和MA岛/基体界面强度.     

室温下TC11钛合金准静态拉伸力学性能实验研究

针对典型航空材料TC11钛合金的拉伸性能,采用准静态拉伸实验对不同应变率条件下的TC11钛合金的应力-应变关系进行了研究,利用扫描电镜分析了其拉伸断口形貌。实验结果表明:TC11钛合金具有一定的应变率敏感性,抗拉强度和屈服强度均会受到应变率的影响;准静态拉伸时TC11钛合金试样出现了颈缩现象,试样截面形状为杯锥状,试样断口存在光滑的剪切唇区和灰色的纤维区,其断裂属于韧性断裂,但是其韧性较差;TC11钛合金拉伸断口形貌主要为大小不一的韧窝,随着应变率的增大,试样拉伸断口韧窝的大小和深度均变小,同时出现了少量的撕裂棱和准解理面,试样的断裂机制为以韧性断裂为主和伴有准解理断裂。因此,在准静态拉伸条件下,TC11钛合金的力学行为与应变率有关。     

力学失配2A12铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能分析

对2A12-T4与2A12-O铝合金搅拌摩擦焊接头试样进行拉伸试验,研究不同强度匹配条件下搅拌摩擦焊焊接接头的拉伸性能。针对接头组织非均质导致的变形不均匀问题,采用数字图像相关技术(DIC)与等应力假设相结合进行分析,定量得到了接头各区域的应力应变响应。结果表明焊接接头的应变分布存在显著差异,且断裂位置与组织非均匀性有关,2A12-T4应变集中发生在热机影响区与热影响区并断裂于热机影响区附近,2A12-O母材区出现应变集中并最终断裂。使用ABAQUS模拟接头试样拉伸过程中的变形行为,对比发现数值模拟结果与试验结果吻合度良好。     

B+F双相X80管线钢模拟海水环境中慢应变拉伸各向异性研究

为研究B+F双相X80管线钢各向异性对安全服役的影响,采用金相扫描电镜观察、慢应变拉伸法和电化学极化法,在模拟海水环境中,与轧制方向呈0°,45°,90° 3种不同角度试样的B+F双相X80管线钢的慢应变拉伸和极化行为进行了分析。结果表明：双相X80管线钢组织由多边形铁素体和板条状贝氏体组成,铁素体和贝氏体含量近似为1∶1;在模拟海水环境慢拉伸条件下,B+F双相X80管线钢与轧制方向呈不同角度试样的屈服强度随取样角度的增大明显降低,说明海水对B+F双相X80管线钢具有明显的应力腐蚀作用;与轧制方向呈0°试样的X80管线钢的慢应变拉伸应力与应变曲线呈圆顶状,屈服强度和抗拉强度均最高,屈强比为0.81,均匀伸长率为13.4%,可以满足使用要求;与轧制方向呈90°试样的双相X80管线钢的自腐蚀电位最负,自腐蚀电流最大,耐海水腐蚀性能最差;与轧制方向呈45°试样的双相X80管线钢的自腐蚀电位最正,耐蚀性最优。研究B+F双相X80管线钢在模拟海水中的慢应变拉伸各向异性,可提高其安全服役性,对大变形管线钢的实际生产具有一定的借鉴价值。     

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.     

应用Matlab建立高温热变形过程中真应力真应变的计算模型

提出了304不锈钢板状试样在高温热变形过程中，当出现颈缩时以四棱台进行变形的模型．根据在拉伸过程中采集的瞬时载荷、瞬时位移数据，应用Matalab软件建立了其在热变形过程中的真应力真应变计算模型，并把实际测量的截面面积与模型计算值进行了比较．结果表明：模型的计算值与实测值吻合得较好．因此，根据建立的计算模型得到了304不锈钢板带的变形抗力数学表达式．     

块石尺寸对土石混合体强度特性的影响研究

选择块石类型为卵砾石,土料为含砂低液限黏土,含石率为50%;通过室内中三轴试验研究了4种不同卵砾石尺寸下的土石混合体的强度及变形特征。试验结果表明:1不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的应力应变关系曲线为硬化型曲线;随着卵砾石尺寸的增大,试样的峰值强度减小,高围压下尤其显著;2不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的体积应变随着轴向应变的增加而增大,剪切过程中直至破坏试样一直处于剪缩状态;3土与卵砾石混合体的内摩擦角与卵砾石的分形维度近似符合抛物线函数关系变化。试验分析所得的研究结果,为深入研究土石混合体这类特殊的地质体提供一定的理论依据。     

2A97铝锂合金的Johnson-Cook本构模型及失效参数

在爆炸及高速碰撞的有限元模拟中,往往涉及到材料的大变形、断裂过程.文中选取2A97铝锂合金材料,针对Johnson-Cook(J-C)失效模型,对获取相应失效参数的方法进行了研究;设计了不同缺口尺寸的试样,结合有限元模拟对缺口试样的应变分布和应力三轴度进行了研究,发现缺口试样的最大应变集中于缺口表面处,得到了缺口表面处应力三轴度在加载过程中的变化情况.基于此结果,文中还制作了细散斑,并通过二维数字图像相关(DIC)测量方法得到了常温至573 K下准静态及动态加载试样的失效应变,从而准确地将修正应力三轴度、应变率和温度与失效应变对应起来,获取了更为准确的J-C失效模型参数;通过对铝锂合金断口使用SEM扫描电镜进行微观观察,探究了应力三轴度影响铝锂合金失效应变的微观机理,发现材料在变形过程中产生的微孔洞随应力三轴度的增大而不再大量聚集形成韧窝.     

中温压力容器钢12CrMo的高温塑性研究

通过热模拟试验对中温压力容器钢12CrMo连铸坯的高温塑性进行研究.在不同的变形温度下采用10-3 s-1的应变速率对试样进行拉伸变形,测量拉伸断口的面缩率,并对拉伸断口的显微组织和析出物进行分析.结果表明, 当变形温度高于900 ℃时,试样在拉伸过程中发生动态再结晶,其面缩率大于85%,表现出优良的高温塑性;当变形温度为850 ℃时,有大量细小的AlN在12CrMo钢中弥散析出,其尺寸约为10 nm;当变形温度降至800 ℃时,大量的先共析铁素体沿奥氏体晶界析出,形成网状结构,试样面缩率降至36%,12CrMo钢的高温塑性显著下降.     

应力对纤维增强塑料排烟内筒耐腐蚀性能的影响

针对燃煤电厂烟囱纤维增强塑料排烟内筒工程中应用的纤维增强复合材料试样S-1设置了5种实验条件,即条件A（静态浸泡）、条件B（Ⅰ型应变,应变4.61%）、条件C（Ⅰ型应变+静态浸泡）、条件D（Ⅱ型应变,应变5.89%）、条件E（Ⅱ型应变+静态浸泡）,以探究不同实验条件下试样性能的变化。力学性能测试结果表明：不同实验条件下,试样力学性能出现了不同程度的下降,相对于条件B,试样在条件D下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了2.98%、9.52%;相对于条件C,试样在条件E下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了5.92%、4.42%。扫描电子显微镜（SEM）研究发现,试样S-1在条件E下经90 d的实验周期后,表面破坏较为严重,有明显的纤维拔出现象,巴氏硬度测试也表明试样在不同条件下的表面状态发生了变化。红外图谱结果表明,试样在条件E下的水解程度大于条件C。     

纯铜中心孔板拉伸断裂的实验研究

为了测试材料在应力三轴度接近1/3时的断裂应变,对9种不同厚度不同孔径的T2纯铜中心孔板试样,在MTS试验机上进行系列拉伸试验。结合数值模拟和显微观测,确定孔板试样的裂纹萌生位置及其应力三轴度数值及断裂应变。在此基础上,参照比较光滑试样拉伸试验,进一步探讨了对材料应力三轴状态与断裂应变的关系。研究发现:1材料断裂应变随应力三轴度减少而减少,似不服从以往基于孔洞模型研究总结出来的韧性材料断裂规律;2孔表面实际变形很不均匀,按连续介质力学方法估计的孔边断裂应变要明显低于其实际值。     

钢材在不同应变率下力学性能的试验研究

通过INSTRON拉伸试验机和HTM5020型高速拉伸试验机开展Q235钢材的准静态和高速拉伸试验,研究钢材的动态力学性能.结果表明:Q235钢材为应变率敏感型材料,随着应变率的提高,钢材的屈服强度和极限强度明显提高,钢材的应变硬化特征发生显著变化,其名义屈服强度和名义抗拉强度的动力放大系数与应变率之间满足CowperSymonds模型.基于钢材颈缩前的真实应力应变关系,提出了修正的Johnson-Cook模型,该模型可更合理地描述Q235钢应变率效应与应变硬化效应耦合现象.     

30CrMnSiA钢的慢应变速率动载氢脆

用慢应变速率拉伸试验研究了30CrMnSiA钢几种不同组织在阴极电解充氢后的动载氢致开裂行为。结果表明:在试验中,用试样断面收缩率的相对减少率能灵敏地反映出钢的氢脆倾向性;钢中氢对其塑性的危害主要表现在降低试样在颈缩后的局部变形能力,而对试样的均匀变形影响很小;在室温下,钢的氮致脆化率不是简单地随着应变速率的下降而增加,而是与试样基体中氢的浓度及试样的形状有关。     

圆棒试件颈缩的有限元分析

本文用弹塑性大应变问题的等参数有限元分析程序(LEPS程序),对圆棒拉伸试件的颈缩作了较为全面的分析.取得了包括颈部形状、拉伸曲线和颈缩区的应力变分布等资料,这对进一步研究材料的拉伸试验是有益的.     

边部冲裁对双相钢拉伸性能影响的实验研究

为研究边部冲裁对双相钢(DP590、DP780和DP980)拉伸性能的影响,采用冲裁和线切割2种方法制备实验试样.基于MTS793材料试验机,使用非接触式视频应变测量方法,在常温下完成静拉伸实验.通过材料的力学性能曲线,分析原始标距对拉伸性能的影响以及不同断面质量下拉伸试样的力学性能响应、颈缩过程与断口形貌.结果表明:原始标距减小,基本不影响屈服强度、抗拉强度和最大力非比例伸长率,而断裂总伸长率显著增大;冲裁试样与线切割试样在拉伸颈缩段存在较大差别,断裂总伸长率低于线切割试样,且随着冲裁间隙的增大而减小;DP590和DP780冲裁试样在非均匀颈缩和横向裂纹出现后,呈现折线状断口,而DP980冲裁试样则与线切割试样的剪切滑移型断口类似,颈缩时产生显著的剪切带.     

基于钢材单轴拉伸试验的微观断裂模型预测规律分析

基于钢材单轴拉伸试验,提出了关于拉伸试验数据和真实应力-应变曲线的修正方法.开发了VGM模型和SMCS模型的USDFLD用户子程序,用于微观断裂模型的有限元模拟,分析了应力三轴度对等截面和非等截面构件微观断裂模型预测结果的影响.结果 表明,进行等截面构件的本构曲线拟合时应同时考虑颈缩点真实应力和断裂点真实应力的修正.受应力三轴度的影响,在等截面拉伸条件下SMCS模型预测的断裂位移普遍小于VGM模型.非等截面拉伸条件下应力三轴度的变化趋势多样,SMCS模型预测两板相交构件的断裂变形量远大于VGM模型,前者为后者的3.10倍.当拉伸构件存在多个断裂危险点时,VGM模型与SMCS模型的启裂点出现于不同位置处,建议以VGM模型预测位置为准.