面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命的估算方法

用立方晶体单晶材料的等效应变和等效应力作为参量,考虑正交各向异性材料偏轴受载时存在正应力和切应力的耦合效应,引入k参量描述非对称循环载荷对疲劳寿命的影响,建立工程上实用的幂函数形式的面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命预测模型.将立方晶体单晶材料屈服准则及其弹塑性本构模型集成到ANSYS软件中,对DD3单晶合金在680℃温度下的低周疲劳缺口试样进行非对称载荷循环应力应变分析.对不同的模型参量进行多元回归相关分析,发现用立方晶体单晶材料等效应变和等效应力作为模型参量拟合的回归曲线的相关系数最大,κ参量与循环次数之间呈幂函数关系.利用CMSX-2镍基单晶合金薄壁圆筒试样的拉一扭循环载荷低周疲劳试验数据和DD3镍基单晶合金缺口试样的低周疲劳试验数据对模型进行验证,试验所得数据分别落在2.5倍和2.0倍偏差分布带内.     

多轴载荷下弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

在550℃温度下,针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行一系列多轴疲劳试验,定义主应变比用于考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响。采用Ansys软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述。采用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟得到的应力应变曲线与试验结果对比分析表明,模拟得到的正应力值与试验值总体平均误差为5%。基于模拟得到的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper和Fatemi-Socie法进行疲劳寿命预测。     

多轴载荷下弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

在550℃温度下,针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行一系列多轴疲劳试验,定义主应变比用于考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响。采用Ansys软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述。采用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟得到的应力应变曲线与试验结果对比分析表明,模拟得到的正应力值与试验值总体平均误差为5%。基于模拟得到的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper和Fatemi-Socie法进行疲劳寿命预测。     

考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法研究

针对局部应力应变法在多轴缺口件疲劳寿命研究中未考虑应力梯度的问题,提出了考虑等效应变、非比例附加强化和应力梯度效应的多轴疲劳损伤参量.考虑剪应力和正应力梯度效应对材料疲劳损伤的影响,引入综合反映剪应力和正应力共同作用的等效应力梯度因子;基于Von Mises等效应变准则,结合Man-son-Coffin方程,建立了一种考虑缺口件临界面上应力梯度效应的寿命预估模型方法,并且使用航空材料GH4169试件进行试验验证.结果表明,考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法的预测结果优于局部应力应变法.     

TRIP590先进高强钢板的双向加载变形行为

为了探索TRIP590先进高强钢板的复杂变形行为,从试验、理论和有限元模拟三个方面对其在不同双向加载路径下的应力应变关系进行研究。针对TRIP590先进高强钢板料进行十字形试件的双向拉伸试验,获得了不同加载路径下的双向拉伸变形性能。基于弹塑性理论和广义胡克定律,采用Mises屈服准则和Hill48屈服准则(Hill屈服准则采用两种方法求解其参数)给出包含弹性和塑性应变在内的双向拉伸真实应力-真实应变关系曲线,并与试验结果进行对比,分析不同屈服准则的精度及误差原因。采用ABAQUS有限元软件,基于Mises和Hill48两种屈服准则对十字形试件不同加载路径下的双向拉伸试验进行有限元模拟。将试验直接采集到的不同加载路径下的双向拉伸载荷-位移数据与有限元模拟结果进行对比,进一步分析不同屈服准则的精度,同时验证采用本研究中的十字形试件的双向拉伸试验来计算双向应力-应变关系的可行性。研究结果可为TRIP590先进高强钢板在实际成形工艺中的应用提供重要的技术支撑。     

一种新的随机多轴疲劳寿命预测方法

提出一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法。该法首先基于von Mises等效应变和等效应力概念、符号修正公式以及传统的单轴雨流计数法,提出一种多轴随机载荷下的循环计数方法。此法主要针对多轴随机载荷下vonMises等效应变和等效应力历程中的符号丢失问题,建议采用一种符号公式来加以修正,以便于结合单轴雨流计数法对修正后的von Mises等效应变历程进行较为精准地循环计数,从而不仅有利后续疲劳损伤的正确估算,还可使单轴循环计数法能有效地应用于多轴载荷—时间历程。然后分析von Mises等效应变循环内的应变状态,并定义该循环内的临界平面和构造损伤参量的基本参数。最后,将提出的计数方法结合几种常见的临界面多轴疲劳损伤模型以及线性损伤定律,对随机拉—扭加载下的En15R钢薄壁管疲劳试件进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好。     

底盘构件多轴随机载荷下高周疲劳准则研究

为探明汽车底盘构件在随机载荷下多轴高周疲劳准则的应用方法与寿命预测规律,以某品牌B级轿车为研究对象,通过采集试验场强化路轮心六分力信号,建立了整车多体动力学模型,应用虚拟迭代法获取转向节与其他零件连接点的载荷时间历程;建立转向节有限元模型,通过模态仿真与试验验证了有限元模型的准确性;提取了von Mises应力下寿命值最小节点的应力分量时间历程;研究了8种高周疲劳准则所基于的3种类型临界平面的计算方法,通过多轴循环计数提取临界面上正应力幅与剪应力幅,并计算不同准则对应的等效应力幅,总结幅值分布与寿命预测规律。研究结果表明,在幅值分布与寿命预测方面,Zhang-Yao准则的等效剪应力幅值整体偏大,预测寿命为1.09×105周次,较其他准则偏于保守;McDiarmid准则的大应力幅仅占3.4%,预测寿命为1.25×106周次,明显大于其他准则的预测寿命值,而改进的McDiarmid准则预测寿命值明显减小。在计算成本方面,von Mises准则无需提取临界面与多轴循环计数,应用最为便捷;Findley准则提取临界面过程需要计算所有平面的正应力与剪应力数据,故计算成本最高。     

多轴比例加载下镍基合金GH4169试件的弹塑性有限元分析

对薄壁管进行多轴恒幅比例加载疲劳试验,并运用弹塑性有限元法对该加载条件下的薄壁管进行分析和计算,材料弹塑性特性由von Mises屈服准则和多线性随动硬化准则描述.结果表明,用有限元法计算的试件应力应变值与试验结果吻合.最后,用此方法对缺口件危险点处应力应变状态进行分析.     

一种镍基单晶合金高温低周疲劳寿命预测方法

提出一种考虑平均应力、应变比和晶体取向的镍基单晶合金低周疲劳寿命预测方法。首先建立镍基单晶合金在[001]和[111]晶体取向下的疲劳寿命预测模型,该模型考虑了平均应力和应变比对疲劳寿命的影响。然后,通过引入晶体取向函数建立不同晶体取向与[001]和[111]晶体取向下寿命预测模型中疲劳参数的关系,从而考虑镍基单晶合金晶体取向对疲劳寿命的影响。最后,提出通过[001]和[111]晶体取向下的模型来预测任意晶体取向下疲劳寿命的方法。提出的方法用DD3和PWA1840镍基单晶合金高温低周疲劳寿命试验数据进行验证,结果表明提出的方法是可接受的。     

基于灰色理论镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳研究

基于灰色理论研究DD3镍基单晶合金高温多轴非比例加载低周疲劳特性,对等效应变范围、温度、应变路径角、拉/扭载荷相位角和轴向应变比等影响疲劳寿命的因素进行灰色关联度分析,并引入损伤参量Q表征非对称循环特性和拉/扭多轴效应,以参量Q、等效应变范围Δεe和Mises等效应力范围Δσe构造疲劳损伤参量,建立低周疲劳寿命GM(1, N)预测模型。结果表明,各影响因素与多轴低周疲劳寿命的关联度等级依次为等效应变范围、温度和应变路径角为一级,拉/扭载荷相位角为二级,轴向应变比为三级;680 ℃和850 ℃温度下的GM(1, N)疲劳寿命模型的预测寿命与试验寿命的绝对关联度分别为0.97、0.86,平均相对误差分别为4.9%、6.0%;两种温度的试验数据几乎分别落在1.93、2.13倍偏差分布带内。     

包申格效应对板料与成品管屈服强度与屈强比的影响

探讨微合金化高强度控轧钢板在制管过程中由于塑性弯曲变形所引起的包申格效应，以及这种效应对屈服强度和屈强比的影响。试验发现包申格效应导致屈服强度降低，应变硬化指数明显分为两个阶段。板与管相比，屈强比无明显改变。这些结果对管道建设业主和制板钢厂均有参考价值。     

An evaluation of the errors in the yield surface for a rotationally symmetric thin shell due to neglecting transverse normal stresses and shell curvature

An estimate has been made of the errors introduced in the plastic analysis of rotationally symmetric shells by the neglect of transverse normal stress σ_z, and the ratio of thickness to the radii of curvature in comparison to unity. It is shown that the latter effect will generally be negligible and that the more important factor is that due to σ_z. An example of a complete sphere under internal pressure is considered, and the further effect of moving the pressure onto the centre line examined.     

Manufacturing performance evaluation for IC products

As we known, the product diversity and complexity in the production line will gradually increase. When the multiple products were alternately produced at the same line, the manufacturing performance will be difficult to evaluate. In particular, traditional process capability analysis and related process capability indexes cannot be directly employed to the IC manufacturing process. As we know, the yield has a direct effect on the manufacturing cost. Hence, yield is frequently used by most IC manufacturers to evaluate manufacturing performance. The diversity of function will become another analytic consideration due to that the component density, wafer area and product complexity of an IC product rapidly increase. Hence, the diversity of function can be regarded as the evaluated factor. Additionally, the defects on a wafer will begin to cluster as the wafer area gradually increases. Therefore, only using the yield to represent manufacturing performance may not lead to an appropriate judgment. In particular, only using the yield to evaluate the process’s stability and the product’s maturity can not provide a meaningful resolution. The primary reason is that the inherent features in the processes or products are not included into analyzing. For instance, even though the defect count, defect size and defect distribution are the same, the yield loss of the complicate manufactured product will be less than that of the simple manufactured product. In this study, we propose a simple performance evaluation index to assess the manufacturing performance in the IC manufacturing industry. This evaluation index is constructed according to a modified Poisson yield model, and the related parameters regarding the process or product (e.g., the minimum linewidth, the area of a die, the number of manufactured process or layer, the degree of defect clustering, and so on.) are taken into consideration. In addition, an integrated evaluation procedure is also suggested to evaluate the performance of the manufacturing of multiple IC products. According to the result obtained from the illustrative example, the index and the procedure can overcome the drawback of separately using yield or defect count in the analysis. The rationality and the feasibility of the proposed evaluated index and the procedure can be verified by demonstrating the illustrative example.     

金属材料屈服强度参数的多模型自适应求取算法

金属材料的性能主要由几个关键参数决定,国家新标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》对参数定义与获取有明确规定。但在实际应用中,屈服点的自动判断与屈服强度参数的自动获取,一直受金属材料屈服特征不明显或不显现而无法理想实现。这里从分析屈服点的具体形态入手,提出了多模型自适应求取屈服点及其强度的算法,给出了应用实例,该算法具有找点准确性好、适应能力强等优点。     

复杂循环载荷条件下金属的应力、应变规律

在各向同性循环强化模型基础上 ,通过屈服面及极限面形状、方向及面积的变化 ,分析了拉 -扭非比例循环载荷下金属的双表面各向异性强化模型 [1 ] ,并用BT9钛合金 [3 ] 及 30 4不锈钢 [3～ 5] 的试验结果检验了该模型的可行性。采用了塑性应变历程非比例参数来描述非比例载荷下材料的循环强化程度。研究了材料的横向强化及附加强化效应。结果表明 :本模型能很好地描述非比例载荷下金属的一系列主要应力、应变规律     

Barlat 1991模型的材料参数反求

材料模型参数对板料力学性能的描述精度对回弹预测结果有较大的影响。如果反求采用的试验所对应的仿真模型复杂,反求会很费时。采用修正的LM(Levenberg Marguart)优化算法和ANSYS LS-DYNA软件相结合的反求方法,在不带肩试样拉伸试验基础上确定Barlat 1991模型的材料参数,具有收敛快、反求省时的特点。反求过程分为两步:首先采用轧制方向试件拉伸试验数据,仿真中采用Hill模向异性模型,反求出硬化模型部分的参数; 然后同时采用与轧制方向成0°,45°,90°的试件拉伸试验数据,仿真中采用Barlat 1991模型,反求出屈服准则部分的参数。算例表明,反求的参数能够比较准确地描述材料的力学性能。     

小范围屈服条件下裂尖塑性区统一解

采用俞茂宏双剪统一屈服准则求解了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂纹在小范围屈服条件下的塑性区形状与大小的统一解答。已有Tresca准则、Miss准则的解答均是该解答的特例或线性逼近,该解答可以适合于多种工程材料,具有普遍性和适用性,从得出的解析解和图形分析中可以得出一些新的结论。     

微氮合金HRB400热轧带肋钢筋屈服强度不合格分析与研究

热轧带肋钢筋是工程结构最主要材料之一,主要用于建筑、铁道、桥梁、公路及水电等行业。论述了22mm规格HRB400热轧带肋钢筋的加热、轧制和冷却等工艺,对微氮合金生产的HRB400热轧带肋钢筋屈服强度不合格样品了进行分析,检验了其化学成分及物理性能。结合金相组织以及析出相扫描电镜分析,找出了屈服强度不合格的主要影响因素是终轧温度过高、化学成分控制不精确以及析出物不均匀等原因。     

电流变体在密封中的应用研究

本文根据电流变体在一定电压状态下所具有的固化特性，将电流变体开发诮地密封装置中以解决工程实际中流体系统的密封问题。试验表明电流变体在密封中应用具有一定的潜力。本文的研究为电流变体的工程应用开拓了一个新的领域。