钛合金Ti-6242S高温棘轮行为实验研究

为揭示钛合金Ti-6242S的高温棘轮行为特征,对钛合金Ti-6242S在25~520℃的温度范围内进行了单调拉伸、应变循环和应力循环实验. 结果显示:随着温度的升高,钛合金的弹性模量和名义屈服应力降低,延伸率增加;材料在应变循环下呈现出循环软化特性;在应力循环下,材料呈现出明显的棘轮行为,棘轮应变随着加载的应力幅值和温度的增加而增加,且对加载历史具有依赖性;同时,高温下的棘轮应变由塑性应变和蠕变应变共同贡献. 恒定平均应力下,大的应力幅值导致损伤和棘轮行为的交互作用,急剧缩短材料的疲劳寿命.     

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.     

高应力幅循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响

U78CrV钢轨广泛应用于我国重载铁路,在服役过程中承受具有不同循环历史的滚动接触疲劳载荷,由此诱发的棘轮行为将加剧钢轨的疲劳失效。首先开展低应力幅和高应力幅下的非对称应力控制循环实验,随后进行具有不同循环周次高应力幅循环历史的低应力幅值循环实验,揭示应力幅和应力循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响。实验结果显示,U78CrV钢在非对称应力循环载荷作用下表现出显著的棘轮行为,应力幅的增加会提高棘轮应变和棘轮应变演化率;预加载的高应力幅循环周次越高,随后的低应力幅下的棘轮行为越明显;不同循环周次的高应力幅循环历史降低了低应力幅循环的棘轮应变率,但增加了耗散能密度;不同高应力幅循环历史下的低应力循环疲劳寿命与失效棘轮应变和稳定耗散能密度密切相关,随着失效棘轮应变和稳定耗散能密度的增加而降低。基于稳定耗散能密度建立了幂律函数,可以合理预测高应力幅循环历史的低应力循环疲劳寿命。研究结果对U78CrV钢轨的疲劳失效评估具有重要的参考价值。     

残余应力对接触疲劳裂纹萌生寿命的影响

采用光学显微镜跟踪测量法研究了支承辊钢滚动接触疲劳垂直短裂纹的形成和不扩展特性。结果表明:这种短裂纹生成很快、初始扩展速率非常高,但很快就停止扩展;经过大约表面损伤寿命的70%~80%周次循环后,一部分短裂纹又转向沿圆周方向且平行于表面扩展,并具有长裂纹扩展特征。利用垂直短裂纹的这种不扩展特性及其可跟踪性,将其转向扩展作为区分长短裂纹分界点判据。根据这种判据,实验测得残余拉压应力下的寿命比为0.5~0.54,与理论计算的残余拉压应力下的寿命比0.333~0.375相差较大。     

超弹性NiTi形状记忆合金断裂韧性的影响因素分析

通过有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT开发了超弹性-塑性叠加的材料模型,合理预测了超弹性NiTi形状记忆合金的单调拉伸应力-应变曲线。进而对紧凑拉伸试样的断裂韧性进行了有限元分析,调查平面应变状态下不同材料参数对超弹性NiTi形状记忆合金断裂韧性的影响。分析结果表明,裂纹尖端马氏体相变区呈蝴蝶状且发生小范围马氏体塑性屈服;断裂韧性参数J积分随着马氏体相变开始应力的增加而增加;随着马氏体相变开始应力的提高,马氏体弹性模量、相变应变、马氏体塑性屈服应力对断裂韧性的影响不断弱化,且马氏体弹性模量的变化对断裂韧性影响最小;同时还发现,相变应变和马氏体塑性屈服应力对J积分的影响存在竞争机制。     

含损伤的冻土动态本构模型研究

为研究冻土动态本构关系,基于损伤理论研究冻土的变形过程,用唯象模型将冻土看成黏性体和损伤体的并联组合体,并且利用强度理论以及复合材料等效夹杂原理获得冻土在冲击载荷作用下的动态本构模型及其参数的确定方法. 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对冻土进行冲击加载实验,获得冻土在不同应变率冲击载荷作用下的应力-应变曲线,实验结果表明冻土具有明显的应变率相关性. 对比实验曲线和理论曲线可以看出模型计算与实验结果吻合良好,说明了建立模型的方法是可行的,且该模型能够很好地反映冻土动态加载过程的主要特征.     

镍钛形状记忆合金管接头有限元分析

采用三维形状记忆合金相变本构模型预测了镍钛合金的形状记忆行为,进而建立了镍钛形状记忆合金连接钛合金管的轴对称有限元模型,考虑大变形和接触非线性,模拟了镍钛形状记忆管接头的装配过程。结果表明回复力由卸载过程中的自由应变回复以及形状记忆合金升温回复时的应变回复两部分组成。最后,给出了形状记忆合金管接头内径和摩擦系数的优化方法。     

镍钛形状记忆合金循环变形行为的晶体塑性有限元模拟

镍钛形状记忆合金具有独特的超弹性和形状记忆效应以及良好的生物相容性,因而广泛应用在航空航天等工程领域。在实际应用中,镍钛合金器件不可避免地承受着循环载荷作用,亟待建立可以全面深入考虑功能性退化和微结构信息的有限元模型对器件服役可靠性进行评估。为此,编写了用户材料子程序(VUMAT),并将已有的的晶体塑性循环本构模型移植到了Abaqus有限元软件中,建立了多晶代表性体积单元的有限元模型。模拟考虑了初始<111>织构,讨论了加载水平和织构强度对循环应力-应变响应的影响。模拟结果表明,在同一织构强度下,合金超弹性退化行为随着加载水平的增加而加剧;在同一加载水平下,合金超弹性退化随着织构强度的增加而降低。