复杂应力状态下典型材料全载荷过程中的力学行为

针对材料在复杂应力状态下全载荷过程中的力学行为问题,应用实心圆轴试件进行拉扭联合试验,重点解决试验中拉伸扭转应力时时按固定比例C(σ/τ)加载的难题.以304不锈钢和16Mn R碳钢为研究对象,进行24组不同C值的拉扭试验.在此基础上,研究了实心圆轴试件在全寿命过程中等效真应力应变的处理方法,探索了不同应力状态对塑性极限承载能力的影响,并引入三轴应力度(TS)概念对其进行表征.结果表明:两种材料的极限应力(σ_(max))随着不同TS值变化均存在应力驻点,此处材料的σ_(max)最小;两种材料的极限应变(ε_(max))与TS值呈现反比函数关系;利用本文所提出的工程计算公式,可以在确定结构某点的应力状态情况下,推测结构在此时所能承受的极限应力与极限应变.但是不同材料的σ_(max)-TS、ε_(max)-TS呈现不同的函数关系,需分别进行试验标定.     

平均应变对多轴循环特性及疲劳寿命的影响

以拉扭薄壁疲劳试样为研究对象,对正火４５号钢在控制总应变拉扭循环加载下进行了试验研究,分别测试存在平均应变情况下,比例加载与非比例加载时,拉与扭的应力响应值变化规律。结果表明,低周多轴疲劳加载下,平均应变使其应力响应值有所降低,且拉与扭应力响应值的变化规律不致,此外平均变对多轴疲劳寿命也有一定的影响。     

扭力轴预扭临界角度的理论分析及数值模拟

根据强度理论推导了计算扭力轴预扭临界应变角的公式,并以45CrNiMoVA钢为例,用有限元软件Mare模拟了扭力轴的预扭、释放、加载过程。研究表明：对于45CrNiMoVA钢,用公式γ=2τ,IG=2σ,(1 v)C确定预扭应变角等于0．026rad。因而目前一些扭力轴使用的预扭应变角偏小(某些仅为0．011rad),远未发挥出材料的潜能,即使是采用现在国内外比较先进的预扭工艺,扭力轴表面材料的应力也未达到其拉伸曲线上的最高点。根据材料拉伸曲线,用数值模拟的方法可以找出任何尺寸、任何金属材料制作的扭力轴的临界预扭应变角,为制定先进合理的预扭工艺提供依据。     

多轴非比例载荷下镁合金AZ21的疲劳性能研究

镁合金作为结构件承受多轴复杂载荷,其失效形式多为多轴疲劳失效.本文在空气环境中对镁合金AZ21分别进行了单轴、纯扭以及多轴循环力学性能研究,揭示了不同加载路径下材料的变形主导机制.疲劳试验结果表明,在相同等效应力幅下,非比例加载路径下镁合金AZ21的寿命较单轴、纯扭路径显著降低.采用Basquin公式预测镁合金AZ21在复杂载荷下的疲劳寿命.通过将路径非比例度的概念引入到Basquin公式中,可合理预测相同加载幅值下圆形路径和菱形路径作用时镁合金AZ21的疲劳寿命.     

多轴疲劳寿命预测及验证

以薄壁管试件为研究对象,分析了拉扭联合加载作用下的多轴疲劳应变变化特性·根据多轴疲劳临界平面法原理,以临界平面上最大剪应变幅、正应变幅以及表征材料总体损伤水平的非比例度为参数建立多轴疲劳损伤参量,结合MansonCoffin方程建立了多轴疲劳寿命预测模型·该模型考虑了材料总体损伤程度·模型中表征材料总体损伤的非比例度是加载参数的函数,与多轴疲劳应变变化特性密切相关·试验验证,预测寿命误差因子小于15·     

超塑性薄壁圆筒拉扭作用下应力分析

超塑性材料具有延伸率非常高,可以形成复杂结构件等优点,已得到广泛应用．用塑性增量理论研究了超塑性材料薄壁圆筒受拉扭作用下的应力和应变率之间的关系．导出拉扭问题中,拉应力与切应力之比,等于它们相应的应变率比值K的3倍．讨论了在拉扭等比例应变率加载情况下,正应力和切应力的变化规律;讨论了当应变率相同的情况下,拉扭正应力与单向拉伸正应力之比,拉扭切应力与纯扭转切应力之比的变化规律．计算结果表明：应变率s：越大,以应力值越大．随着应变速率敏感性指数m的增加,az应力值减小,较大的m值使应力σz变化趋缓,较大的应变率εz使σz应力值变化较大;     

复合型加载下缺口前应力应变分布的有限元分析

用有限元法计算了一种低合金高强钢缺口试样在非对称四点弯曲加载(Ⅰ Ⅱ型复合加载)下缺口前端的变形和应力应变分布.研究结果表明:纯Ⅰ型加载时,缺口前端变形和塑性区形状对称分布.Ⅰ Ⅱ型复合加载下缺口前端的变形为一侧钝化,另一侧锐化,塑性区顺时针旋转一个角度θ,且θ随Ⅱ型载荷比例的增加而增大.表征缺口前端变形程度的d/b0值,随外加载荷P/Pgy的增加和Ⅱ型载荷比例的增加而增大.另外,对缺口前端最小塑性区路径上的最大切向正应力σθθ、三相应力度σm/和等效塑性应变εp的分布,以及它们随外加载荷P/Pgy和Ⅱ型载荷比例的变化规律也进行了分析,发现缺口试样的开裂遵循最大切应力判据.     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理研究

为了对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力下的工作机理进行研究,采用大型通用有限元软件ABAQUS对圆实心钢管混凝土压、扭复合受力构件进行建模计算,现有的试验验证了计算结果与计算方法的正确性.再采用同样的方法对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力状态下进行了模拟计算.通过计算发现,扭矩—转角全过程关系曲线分为弹性、弹塑性、塑性强化三阶段.通过对三个阶段扭矩—转角全过程关系曲线、内外钢管和混凝土的应力分布云图、三者间相互作用力以及轴压比影响的分析,结果表明,在加载过程中,当轴压比较小时,随着轴压比的增大,极限扭矩增加;当轴压比较大时,随着轴压比增大,极限扭矩降低.     

双轴拉压应力下混凝土的强度和应力应变全曲线的试验研究

应用自制的真三轴拉压刚性试验机，结合高拱坝水工混凝土的受力特点，采用立方体试件进行双轴拉压受力试验。根据试验结果，分析了试件的破坏形态、应力应变全曲线和拉压强度，并给出相应的全曲线方程和强度计算公式。     

Ti-6Al-4V钛合金非比例多轴低周疲劳寿命预测

在MTS拉扭复合疲劳试验机上,采用扭转应变控制、非比例循环加载方式,依次按比例、圆形、矩形、正方形、椭圆形和菱形加载路径,对Ti-6Al-4V合金进行多轴拉扭低周疲劳寿命实验,将结果与等效应变法模型、能量法模型和临界面法模型的计算结果进行对比分析.结果表明,基于临界平面法模型的预测,对于Ti-6Al-4V合金多轴低周疲劳寿命估算具有较高的准确性.     

孔边残余应变与疲劳循环次数相关性实验

对有限宽中心带孔拉伸试样进行疲劳试验.在疲劳加载过程中,按一定的疲劳周次在零载荷状态下停机,并采集试件表面上预先制备的白光散斑图.再应用数字散斑相关技术测量了不同疲劳循环次数后孔周的残余变形场,并给出了孔边最大残余应变与疲劳循环次数的关系曲线.     

纯钛BT1-0低周疲劳损伤机理的研究

在室温拉-扭载荷下研究了纯钛BT1-0低周疲劳循环变形的宏观特性,结果显示材料的循环变形行为与应变幅值有关,遵循Coffin-Manson关系.通过透射电镜观察了在低周疲劳过程中位错组态,TEM观察表明:材料在比例载荷的损伤变形为滑移位错;在非比例载荷形成了孪晶结构,孪晶形态和尺寸与相位角相关.分析了该材料在低周疲劳损伤的微观行为.     

纯铜圆棒缺口试件拉压循环下的疲劳寿命分析*

对纯铜光滑试件和缺口试件的疲劳寿命规律差异进行探讨。通过光滑试件和缺口试件的循环疲劳试验和缺口试件的局部循环弹塑性应力应变响应分析,结合数值模拟与实验,比较了现有寿命预测方法对缺口试件寿命预测结果的差异。研究结果表明:传统的等应变幅等寿命的概念对于缺口试件的疲劳评估是不合理的;局部应力应变法用于大缺口试件的寿命预测结果可得到基本合理的结果;但对小缺口试件估测寿命结果不合理;应力梯度法对缺口试件寿命估测结果较局部应力应变法合理,因此可认为应力梯度是影响光滑和缺口试件疲劳寿命差异的重要因素。     

钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对纤维体积率为0～3%的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了中应变率的冲击压缩试验.试验表明,应变率从阀值提高到90 /s时,SFRHSC峰值应力增幅30%左右,弹性模量增幅50%左右,峰值应变增长幅度则是基体混凝土的2～3倍.集料-高强基体和钢纤维-高强基体的双重叠加效应,大大提高了基体的抗冲击强度和韧度,使SFRHSC试件在冲击荷载作用下呈现出"微裂而不散,裂而不断"的良好破坏形态,而在相近的冲击荷载下,基体混凝土试件成粉碎性破坏.根据试验结果建立了SFRHSC四参数率相关性本构方程,该方程同时考虑了应变率和应变对材料应力的影响.     

16MnR钢应变疲劳裂纹扩展速率的实验研究

通过16MnR裂纹试样在载荷控制和位移控制下的应变疲劳给出了16MnR应变疲劳扩展速率;比较载荷控制与位移控制下裂纹疲劳扩展速率发现,两种方式的应变疲劳所获得的应变疲劳扩展速率差异明显;实验证明裂纹试样的应变疲劳扩展速率与疲劳过程中塑性变形功的大小密切相关。     

水泥砂浆应变率效应研究

为分析试件长径比和应变率对水泥砂浆动态力学性能的影响规律,采用准静态实验测量了砂浆的单轴压缩强度、弹性模量以及泊松比.利用分离式SHPB压杆进行1维应力压缩实验,对水泥砂浆试件进行了回收和比较,获得了不同长径比水泥砂浆试样在不同加载速率下的动态损伤破坏过程和应力应变曲线,研究了动态强度增强因子随应变率的变化规律.结果表明:动态压缩强度随应变率的增加而显著增大;试件直径相同时,厚度小的获得的动态强度增强因子要小于厚度大的;随着应变率提高,试件损伤增加,碎块尺寸越小,表明破坏能量随应变率的增加而提高.      

新的非比例加载低周疲劳寿命估算方法

利用对 316L不锈钢多轴非比例加载低周疲劳的试验结果 ,对现有的多轴低周疲劳寿命估算方法进行了讨论 ,基于 316L不锈钢非比例加载低周疲劳的微观机理 ,选择最大剪应变以及应变路径的非比例度作为损伤参量 ,建立了基于临界面方法的新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式 ,利用新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式对寿命的预测结果表明 :新的寿命估算公式对剪切型破坏的 316L与 316LN不锈钢及拉伸型破坏的 30 4不锈钢非比例加载低周疲劳寿命预言能力比现有的临界面方法精确 .     

基于弹性计算的铝合金活塞低循环疲劳寿命预测

为了研究内燃机铝合金活塞在高温蠕变影响下的低循环疲劳寿命,以柴油机铝合金活塞弹性有限元计算所得的名义应力,应变为基础,利用Ｎｅｕｂｅｒ原则计算其真实弹生应力应变。