2124铝合金蠕变时效本构方程

在185℃下,对2124铝合金试样进行了200、225和250MPa 3种应力水平下的多组单轴拉伸蠕变时效实验,发现在恒定温度下,实验应力越大,时效时间越长,蠕变行为就越明显;根据蠕变理论和实验曲线,建立了2124铝合金在185℃及不同应力水平下的本构方程;利用SPSS和Origin软件,得到了蠕变本构方程中的常数。蠕变实验数据点和拟合曲线的比较说明,所得的本构方程能较好地描述2124铝合金在185℃及不同应力条件下的蠕变行为.     

2219铝合金应力时效强度演变规律及其强化模型

在时效温度为175℃,时效时间为18 h时,开展不同应力水平(120~200 MPa)条件下的应力松弛时效与蠕变时效对比实验。建立应力松弛时效与蠕变时效强化模型,对强化模型进行验证与分析。研究结果表明:合金的屈服强度不仅受应力强化作用面积的影响,而且在时效初期阶段高应力作用对合金的屈服强度产生重要影响;在相同应力强化作用面积条件下,分别由应力松弛时效强化模型与蠕变时效强化模型计算的屈服强度增量差值与应力强化作用面积之间存在一定的线性关系,可以通过蠕变时效来预测应力松弛时效过程中合金强度的演变规律。     

Zr基大块非晶合金在过冷液相区内的本构关系的研究

在Zwick/Roell力学性能试验机上进行Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅大块非晶合金在过冷液相区的压缩试验, 根据应力-应变曲线的过冲现象, 提出了Maxwell-Pulse本构模型, 该模型由蠕变函数耦合脉冲函数得到. 通过对虚应力模型和脉冲指数模型的拟合, 得到了Maxwell-Pulse本构方程的各项参数. 对比试验及拟合所得的数据及曲线, 两者的真实应力-应变曲线吻合较好, 且能反映出应力过冲现象. 又通过数值模拟和杯形零件成形试验验证了该本构方程适于描述Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金在过冷液相区的力学行为.     

应力作用下2124合金蠕变时效的组织与性能

通过硬度测试、拉伸测试和透射电镜分析等方法,研究应力分别为0 MPa和200 MPa对Al-Cu-Mg系2124合金185℃时效后的硬度、强度以及伸长率的影响,阐述应力对2124合金时效后组织与力学性能的影响.研究结果表明:在常规时效和蠕变时效2种时效状态下,200 MPa应力作用下的蠕变时效使2124合金的S'析出相分布变得不均匀,合金的强度提高,而塑性降低;在0 MPa应力作用下,合金峰时效状态下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为411.6 MPa,270.8 MPa,20.20％;在200 MPa应力作用下,合金峰值时效状态下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为441.1 MPa,321.0 MPa和16.24％,后者的抗拉强度和屈服强度比前的高,但塑性低.     

小直径钢丝绳常温蠕变性能研究

为探索钢索在常温下的长期蠕变发展规律,开展了两种小直径钢丝绳常温下的长期蠕变试验,获得了1 a的蠕变数据.根据不同时间段钢丝绳蠕变发展的规律,将钢丝绳蠕变过程划分为3个阶段,并通过对试验数据的分阶段拟合和基于黏弹性理论方程的推导获得了适用于对应钢丝绳的蠕变本构方程.利用ANSYS软件建立了精细化的钢丝绳有限元模型,调整参数使模型计算的蠕变应变发展符合试验数据,得到了符合实际蠕变性能的模型.使用此模型计算了不同规格钢丝绳的蠕变应变,验证了蠕变本构方程的准确性.使用蠕变本构方程估算了小直径钢丝绳长期蠕变的水平,指出实际工程中应注意蠕变效应的影响.     

蠕变时效对Mg-8.8Gd-3.4Y-1.5Nd-0.5Zr合金力学性能和微观组织的影响

采用蠕变时效实验、维氏硬度、透射电子显微镜(TEM)和拉伸性能测试等手段研究蠕变时效在相同时间下对Mg-8.8Gd-3.4Y-1.5Nd-0.5Zr合金力学性能和显微组织影响。研究结果表明:Mg-8.8Gd-3.4Y-1.5Nd-0.5Zr合金蠕变时效时的稳态蠕变速率随着蠕变应力的增加与温度的升高而增大;蠕变时效能够细化析出相尺寸,加快合金时效析出相析出速率,从而缩短到达峰值时效的时间;外加应力会使合金β′相产生应力位向效应,导致合金形成β′相与β′e交错排列的链状析出相,应力位向效应对合金的力学性能产生不利影响。     

7050超高强铝合金蠕变时效成形行为与性能研究

对7050超高强铝合金进行蠕变时效处理,采用维氏硬度、晶间腐蚀和剥落腐蚀等试验对其力学性能与腐蚀行为进行研究,采用光学显微镜和透射电子显微镜对微观组织进行观察,研究蠕变时效对合金微观组织与性能的影响。结果表明：合金的稳态蠕变速率随温度的升高和应力的增大而逐渐升高,时效温度是影响合金蠕变速率和抗腐蚀性能的主要因素。7050超高强铝合金的稳态蠕变速率与蠕变应力和蠕变温度的关系可以表示为：$ \dot \varepsilon = {e^{12.226}}{\sigma ^{1.66}}{\rm{exp}}( - 120\;536/RT) $。蠕变时效处理后,合金的维氏硬度、抗晶间腐蚀和抗剥落腐蚀性能均得到提高。合金在120 ℃和140 ℃下蠕变时效后,维氏硬度和抗腐蚀性能都保持在较高的水平,160 ℃下合金的维氏硬度和抗腐蚀性能均较低。人工时效后,7050超高强铝合金中的主要强化相为大量弥散分布的η′相,蠕变时效后,晶内和晶界析出相尺寸略有减小,晶界析出相分布不连续,电化学腐蚀速率减小,合金抗腐蚀性能提高。     

蠕变时效对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响

为了研究蠕变应力作用下的时效热处理对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响,对蠕变时效与人工时效2种不同热处理工艺板材的搅拌摩擦焊接进行对比实验.研究结果表明:相比于人工时效板材的搅拌摩擦焊(AA+FSW)接头,蠕变时效板材搅拌摩擦焊(CA+FSW)接头的显微硬度、抗拉强度和伸长率均更高;CA+FSW板材...     

T92/Super304H异种钢焊接接头服役前后力学变化及其寿命评估

火电机组中过热器,再热器等部件需应用到异种钢焊接接头来满足不同环境的需求,这要求材料具有更高的耐高温腐蚀性能、屈服极限以及抗拉强度,而服役造成的老化会很大程度影响焊接件的性能,进而影响其寿命。为了研究服役对于异种钢焊接接头T92/Super304H的力学性能的影响。通过在610℃高温状态下,对已服役和未服役的焊接接头进行了不同加载速率的拉伸试验,获得了应力应变曲线及拟合曲线,通过扫描电子显微镜(SEM)分析了断口形貌。在相同温度下,对试样加载不同应力进行蠕变试验,获得了焊接接头的本构方程和蠕变寿命预测模型,分析了其断裂原因。结果表明：已服役和未服役的焊接接头高温拉伸时断裂均发生在T92侧(T92热影响区),试样有明显的颈缩;材料的初始应力值越大,蠕变寿命越短;随着初始应力水平的增加,蠕变应变速率变化加快;寿命预测拟合曲线和实际的蠕变试验一致。     

树脂基复合材料蠕变损伤本构方程

从以应力、温度和损伤诸函数的时间积分表示的Ｇｉｂｂｓ自由能泛函出发，根据热力学第一、第二定律，导出了关于应变、熵和损伤的本构规律．针对玻璃纤维布／环氧材料，基于沿纤维方向的蠕变量可忽略不计的特点，选择具体的的Ｇｉｂｂｓ自由能形式，得到了包含剪切屈服在内的Ｋａｃｈａｎｏｖ－Ｒａｂｏｔｎｏｖ型损伤本构方程．由此导出的蠕变方程可以完整地描述蠕变变形三阶段．实验表明，当工作应力在极限应力的４５％～６０％范围内，理论和实验结果符合较好．     

基于Burgers三维损伤蠕变模型的巷道围岩流变特性分析

为了解决传统蠕变模型无法反映加速蠕变阶段的问题,引进了Kachnov损伤理论,在Burgers模型上串联一个弹塑性损伤体。推导出了等围压三轴实验条件下轴向蠕变表达式,并用非线性拟合的方法来识别模型参数。经证明:在该损伤模型中,当岩石所受应力大于屈服强度时,将触发损伤体进入加速蠕变阶段,而岩石的全程蠕变规律可以通过线性与非线性蠕变叠加来进行描述。通过红砂岩蠕变实测曲线与理论曲线对比分析证实了该模型的合理性。此外,本文还推导出Burgers三维损伤蠕变模型在复杂应力条件下的本构方程,并通过拉普拉斯变换得到圆形巷道围岩变形规律的解析解。     

不同温度下有机玻璃厚板的准静态拉伸试验研究

为研究温度对有机玻璃厚板准静态拉伸力学性能的影响,得到有机玻璃的本构关系,设计了母材试件和带拼接缝试件,分别进行单轴拉伸试验,试验温度为-40~40℃.对比试件的真实和名义应力应变曲线,采用ZWT模型的非线性弹性部分表达式对试验结果进行拟合,并且对试件断口进行电镜扫面分析.试验结果表明,有机玻璃厚板的应力应变曲线表现出非线性,无屈服点,试件为脆性破坏.随着温度的升高,试件的极限强度和初始弹性模量均减小.带拼接缝试件的强度为母材试件强度的77.2%~89.6%.设计的有机玻璃试件强度较高,初始弹性模量偏小.拟合得到的本构方程能较好地描述有机玻璃厚板的本构关系.当温度高于0℃时,断口表面的河流花样变得明显.     

深井冻结壁粘弹塑性力学分析

通过大量的冻结粘土单轴蠕变试验,获得了单轴应力状态下的蠕变曲线及其参数.根据材料在弹性条件下单轴和三轴条件下的应力强度和应变强度关系,建立了三向应力状态下冻土的蠕变本构方程;分析了粘弹塑性冻结壁应力状态及塑性区的扩展规律,推导了不同区域冻结壁应力场和位移场的计算公式,探讨了防止冻结管断裂的措施.     

考虑系数非定常性的成都黏土非线性蠕变本构模型

为了研究成都黏土蠕变规律,展开固结不排水三轴蠕变试验,分析了成都黏土变形的非线性特性及参数的非定常特性。结果表明：当应力小于黏土屈服强度时,蠕变以线性变形为主,包括瞬时弹性变形和黏弹性变形;当应力大于屈服强度时,蠕变以非线性变形为主,包括黏弹塑性变形,具有显著的非线性特性;蠕变过程中,黏土的弹性模量和黏滞系数均为应力和时间的函数,具有显著的非定常特性。结合元件模型理论和分数阶导数模型理论的优点,构建了考虑弹性模量和黏滞系数非定常特性的成都黏土非线性蠕变本构模型,并对模型进行了拟合验证分析,发现蠕变模型对蠕变各阶段的拟合度较高,充分发挥了元件模型和分数阶导数模型的优点,可以很好地反映成都黏土的蠕变全过程。     

HRB500级高强钢筋高温后的力学性能试验

对HRB500高强钢筋在高温后的力学性能进行试验,研究不同受火温度对其力学性能的影响,以及高温后的应力-应变关系曲线图的变化规律,并提出相应的力学模型.结果表明,经历高温作用并冷却后,高强钢筋的屈服强度、极限强度、弹性模量、延伸率和截面收缩率等力学性能随所经历的温度的不同而变化,变化规律也不相同. 钢筋的应力-应变关系发生一定的变化,但是一般仍然出现明显的屈服阶段和强化阶段,屈服台阶的高度随着温度的升高而降低;高强钢筋的弹性模量的变化很小.     

拉应力对6N01铝合金蠕变时效组织与性能的影响

采用单轴蠕变拉伸试验研究6N01铝合金蠕变时效后组织与性能的变化规律,并结合金相(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的组织分析与维氏硬度、室温拉伸的力学性能分析,研究蠕变过程中加载的拉应力对6N01铝合金组织与性能的影响。研究结果表明:在180℃/6 h的蠕变时效条件下,加载60 MPa拉应力的试样室温拉伸抗拉强度最大,为341.6 MPa;蠕变时效处理时,加载应力小于60 MPa的试样抗拉强度略比加载应力为60 MPa的试样抗拉强度低;当加载拉应力大于60 MPa时,合金抗拉强度明显下降;当加载拉应力超过60 MPa时,会引起铝基体中析出相粗化,甚至析出相的分布出现应力位向效应,导致合金性能各向异性严重,综合性能变差。     

6008铝合金冲击实验及其动态本构模型

为了弥补6008铝合金在冲击载荷作用下的力学性能及其动态本构模型研究的不足,采用RPL-100型材料试验机和分离式霍普金森压杆获取了该材料在不同应变率下的应力—应变曲线.结果表明:随着应变率的增加,6008铝合金的屈服强度、强度极限与流动应力增加,应变硬化率减小,屈服滞后现象明显.基于实验结果与Johnson-Cook模型,引入Cowper-Symonds本构模型来描述6008铝合金的应变率效应,同时考虑到该材料冲击过程中绝热温升的影响,构建了适用于6008铝合金的改进Johnson-Cook模型.结果表明,改进Johnson-Cook模型能够能较好地描述6008铝合金的应变率效应并能准确地预测其流动应力,可为实际工程中的数值模拟问题提供参考.     

双级时效对1933铝合金锻件组织和性能的影响

采用电导率测试、常温力学性能测试、慢应变速率拉伸、透射电镜和正交试验等手段,研究双级时效对1933铝合金锻件力学性能、抗应力腐蚀性能及微观组织的影响.研究结果表明:与T6态相比,通过合适的双级时效制度(110℃/6 h+160℃/8 h或120℃/12 h+160℃/6 h),锻件的抗拉强度和屈服强度分别下降3.8%和1.0%,电导率却提高了19.5%,抗应力腐蚀性能显著提高.双级时效中第2级时效温度是控制锻件性能的关键因素,通过合理的双级时效制度,机体中的沉淀相细小弥散,晶界上的η相粗大且不连续,使得锻件具有良好的综合性能.     

黏塑性蠕变模型中屈服强度的确定方法

在岩石蠕变特性试验中,当施加的常应力达到一定程度后岩石将发生黏塑性变形,一般用屈服强度判断岩石是否发生黏塑性变形,与弹塑性理论不同,在黏塑性蠕变模型中,屈服强度并不是定值,而是随蠕变时间增长逐渐减小,确定蠕变过程中准确的屈服强度对黏塑性变形计算有重要的影响.首先,通过等时曲线法确定岩石长期强度的过程,对屈服强度随时间的变化规律及确定方法进行研究,阐明瞬时屈服强度与长期强度的关系;其次,把岩石全应力-应变曲线与蠕变等时曲线相结合,有效判断蠕变变形中是否发生黏塑性变形及黏塑性发生的时刻,推导出屈服强度随时间变化情况下的广义宾汉姆模型,结合不同类型岩石的蠕变试验结果,分析采用长期强度代替瞬时屈服强度产生的差值;最后,给出用岩石时效强度进行岩土工程设计的思路.研究成果有助于在蠕变模型中正确使用屈服强度,对蠕变模型研究具有一定的积极意义.     

不同温度下的乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜单轴拉伸试验

对厚度为250μm的乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)薄膜进行了单轴拉伸试验,考虑了不同的低-高温度(分别为-50、-40、-30、-20、-10、0、10、20、30、40、50、60、70及80℃)效应,试件截取方向为机器方向.得到了ECTFE薄膜在不同温度下的拉伸应力-应变曲线,通过分析得到了弹性模量、屈服强度、屈服应变、冷拉应力、抗拉强度、断裂延伸率等力学参数及其随温度的变化规律.结果表明:随着温度的降低,应力-应变曲线整体向上抬升,屈服强度、拉伸强度、冷拉应力和弹性模量均增大,断裂延伸率和韧性均减小.在不同温度(-50～80℃)下,弹性模量的差值可达到93%,屈服强度的差值可达到89%,温度变化对ECTFE薄膜力学性能的影响显著.得出了主要力学参数和温度变化的拟合公式,可用于判断ECTFE薄膜在不同温度下的力学性能.