应变梯度理论的新进展（二）：基于细观机制的MSG应变梯度塑性理论

介绍一种新近提出的应变梯度塑性本构模型；基于细观机制的应变梯度塑性理论（ＭＳＧ）。并对它在断裂力学中的应用进行了评术。本语文的讨论虽限制在形变理论范围内，但按相应的方法也可以得到流动理论的形式。     

考虑塑性体积变化的弹塑性应力测量理论

考虑到许多金属材料塑性体积变化不等于零的事实, 建立了塑性体积变化的基本本构方程。为了能够根据全应变的测量值求得弹塑性应力值, 将塑性应变由全应变中进行了分离,并给出了基本方程中各参数的标定方法。同不考虑塑性体积变化的传统理论相比, 可作为各种结构物用电测法测定弹塑性应力的更佳的理论基础。     

基于正确边界条件的宽板弯曲变薄理论

指出了现有的宽板塑性弯曲变薄研究方面存在的问题,引入了应变增量中性层概念,提出了应变增量中性层处的切向应变增量等于零这一正确的边界条件,在此基础上推导出了宽板塑性弯曲变薄的理论解,最后给出了计算实例。     

基于正确边界条件的宽板弯曲变薄理论

指出了现有的宽板塑性弯曲变薄研究方面存在的问题,引入了应变增量中性层概念,提出了“应变增量中性层处的切向应变增量等于零”这一正确的边界条件,在此基础上推导出了宽板塑性弯曲变薄的理论解,最后给出了计算实例。     

盲孔法测量焊接残余应力应变释放系数的有限元分析

为探讨简单易行的盲孔法测量焊接残余应力应变释放系数A、B的标定方法，根据盲孔法测量残余应力时应变释放系数A、B试验标定原理和强度理论，建立三维有限元模型，分别对盲孔法测量92lA钢焊接残余应力应变释放系数进行有限元标定和孔边应力集中有限元塑性修正．并由此得出应变释放系数随孔深与孔径比值的关系式和应变释放系数随形状改变比能参量S变化的塑性修正公式；将有限元标定结果与试验标定结果、通孔应变释放系数理论解进行比较，结果表明，有限元标定结果与试验结果、通孔应变释放系数理论值有较好的一致性，经塑性修正，计算结果与试验测量结果的偏差大大减小，建立适当有限元模型，用有限元法标定释放系数和进行孔边塑性变形修正是可行的。     

基于应变梯度塑性理论的微切削第一变形区应变分布研究

将应变梯度塑性理论应用于微切削仿真过程的材料本构模型中,表征材料的微观尺度变形特性。进行了45钢微切削过程仿真,研究微切削第一变形区内的有效流动应力、有效应变分布及其变化规律,分析了切削厚度与切削刃口圆弧半径比对第一变形区有效流动应力和有效应变分布的影响。设计了正交微铣削实验,获得了切屑根部试样,并通过金相试验和显微硬度测试证明了微切削过程中第一变形区应变梯度的存在和微切削变形仿真结果的有效性。     

考虑应变梯度效应的低碳钢试样单向拉伸尺寸效应理论研究

采用二阶应变梯度塑性理论，得出伸长率、峰值应力后工程应力应变曲线和真应力应变曲线的解析解，结果表明三者均具有尺寸效应。将低碳钢试样的单轴拉伸简化为轴向的一维问题。采用拉伸过程中体积不变假设及平衡条件，将应变梯度引入屈服函数，得到伸长率、平均应变及真应变的解析式。理论结果完全反映伸长率与标定长度呈反比的客观事实。工程应力应变曲线尺寸效应可以在数值结果中找到佐证。拉应变局部化是三者尺寸效应的本质原因。     

316L钢中温环境下应力控制的低周疲劳行为研究(二)

通过对316L钢在420℃环境下应力控制的低周疲劳实验，揭示和分析了316L钢在420℃环境下的弹性模量、全应变范围、塑性应变范围、塑性应变能及平均应变随加载历史和名义应力范围的变化特性，为以后的寿命评估模型提供依据。     

液压胀管材料性能曲线拟合方法及应用

介绍了利用材料屈服强度和极限抗拉强度两个性能参数,通过ASME材料应力应变曲线拟合方法,建立材料塑性应变强化的本构模型,在此基础上对材料的特性曲线进行双线性简化,并进一步将简化模型用于液压胀管的理论计算。最后通过实例加以说明。     

正交各向异性有限变形下材料的粘塑性力学行为的研究

给出正交各向异性有限变形下的统一粘塑性理论中的 Walker模型的本构表达并成功地利用参数控制法(GPM方法 )对其进行数值计算 ,推导出 Walker模型的隐式应力积分过程。在计算的基础上 ,研究了温度、应变率对材料的应力应变关系的影响 ,以及蠕变 ,应力松弛 ,热恢复及循环塑性这些高温下材料的粘塑性力学行为。     

焊接接头脆性断裂评定的局部法研究进展

介绍了几种焊接结构断裂行为预测和评定方法的局限性。从理论基础、微观理论基础、评定方法等方面详细论述了焊接接头脆性断裂评定的局部法，并介绍了国内外研究状况及最新进展。指出研究各种塑性损伤模型在焊接接头中的可行性，探讨符合焊接接头特点的塑性损伤模型及控制参量的必要性。分析塑性损伤对Beremin解理断裂模型局部断裂参量的影响，进而利用局部法对焊接接头的脆性断裂行为进行科学预测。     

金属细丝扭转尺寸效应及其有限元模拟研究

尺寸效应是金属微细塑性成形研究中的热点和难点之一。目前采用应变梯度理论能对金属变形过程尺寸效应的影响进行较好的分析,但是将之应用于金属微细塑性成形过程分析及其有限元模拟的研究并不多。因此将应变梯度强化引入材料本构模型,深入剖析在金属细丝扭转过程,应变梯度强化与应变强化之间的关系,探讨应变梯度对流动应力起主要强化作用的区间。同时基于Abaqus有限元软件平台,编制可实现应变梯度计算的单元子程序,模拟验证现有文献中细铜丝扭转实验,模拟结果与实验基本吻合。     

韧性断裂准则的试验与理论研究

对不同样式的45钢和6082铝合金试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等材料试验，对工程中使用的11个韧性断裂准则进行对比研究，并利用专业塑性成形分析软件对试验过程进行二维和三维情形的数值模拟。指出目前使用的韧性断裂准则都不可能对材料在任意应力应变状态和变形累积的情况下给出一个固定阈值，并给出了基于等效应变和应力三轴度的韧性断裂准则修正公式，通过厚板普通冲裁和精密冲裁试验证明了结论的有效性。     

金属薄板厚向异性系数R值的确定方法及其在后继屈服中的演化

冷轧金属薄板的厚向异性系数R值通常被当做常数用于确定本构模型的各向异性参数，为了提高各向异性本构模型的预测精度，必须考虑R值的演化。以低碳钢材料为研究对象，对比分析了现有三种R值求解方法的使用条件及其局限性。在此基础上，提出了一种变R值的逆向求解方法，并给出了在二次函数和指数函数条件下的解析模型。揭示了不同方法计算的R值的显著差异是由塑性应变曲线斜率的计算误差引起的。考虑金属薄板的面内各向异性，基于塑性功等效原理，给出了DC04R值随塑性功和方位角的演化。结果表明，对于低碳钢材料，随着单向拉伸塑性应变的增加，R值的演化规律的总趋势是下降的。此外，该R值逆向确定方法不仅具有较高的求解精度，且表达形式简单，更便于考虑后继屈服各向异性演化的本构模型的二次开发和应用。     

可压缩体的滑移线场理论

从理论上建立了可压缩体的滑移线场理论，并给出了解析实例。研究表明：在平面应变条件下，可压缩体内的两族滑移线不仅不正交，而且随着平均正应力的不同而变化；可压缩体的平面应变问题可以直接采用现有的致密体的滑移线场来求出。     

基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法

提出预测缺口构件疲劳寿命的多轴局部应力应变法.采用Armstrong-Frederick (A-F)类循环塑性理论,描述具有非Masing特性的16MnR材料的循环塑性行为.结合A-F类循环塑性模型和增量式Neuber法,分析比例和非比例加载下缺口根部处的多轴应力应变状态.将局部应力应变应用于基于临界面的多轴疲劳损伤模型,对缺口构件进行疲劳损伤分析和疲劳寿命预测.分析结果表明,基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法,能很好地描述缺口根部处的多轴应力应变状态,疲劳寿命的预测结果与试验数据基本吻合.     

随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强法

在应力场强法研究的基础上，提出了缺口疲劳损伤局部应力应变场强方法，该方法可同时考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响。通过对缺口件进行随机交变加载下的弹塑性有限元分析，给出一种随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强方法，由该法来预测缺口件疲劳裂纹形成寿命，经初步验证，其精度要高于传统的局部应力应变法。     

任意应力应变关系材料J积分估算的等效原场应力法

在EPRI弹塑性断裂分析工程方法(J积分等于弹性J积分及塑性J积分之和)及其给出的用Jp表达式中的全塑性解的基础上，文中导出以等效原场应力σeff为参量的塑性J积分Jp的计算式及J积分计算式，这一方法被称为J积分估算的等效原场应力法。该方法具有下列几个优点，①J积分计算精度几乎和EPRI工程方法的J积分计算精度相等。②可用于任何应力应变关系的材料，包括Ramborg-Osgood关系材料和任意单调加载非ROR关系材料，例如长屈服平台钢。计算过程相当简便，计算结果精确。③该方法为发展一种能利用纯拉载荷下全塑性解和纯弯载荷下全塑性解直接计算拉弯联合载荷下J积分的方法创造了条件。     

粗糙体变形特性对接触过程的应力与应变的影响

运用W-M函数生成分形粗糙表面,建立一个新的双粗糙体接触模型,采用有限元方法模拟仿真了在粗糙体不同变形特性条件下的接触过程,并分析了接触表面的应力分布及不同接触位置的塑性应变随深度的变化规律．结果表明双粗糙接触表面的应力主要集中在个别的较高微凸体上,其应力最大值出现在微凸体肩部区域的位置;等效塑性应变在不同位置沿深度的变化,呈现出不同的规律,微凸体顶部区域沿深度方向的最大等效塑性应变均发生在次表层,材料表层下的塑性应变将会导致材料表层中的夹杂或微观缺陷周围萌生微孔和裂纹源,对比不同变形特性的模型,得出弹塑性一刚体模型的最大应力及应变值都大于弹塑性一弹塑性模型。     

基于应变梯度塑性理论的AISI4340微细铣槽研究

针对AISI 4340合金钢在微尺度加工时的力学特点,基于Johnson-Cook模型,结合应变梯度塑性理论,建立适用于微细铣削加工的AISI 4340本构模型,并根据刀具材料的物理性能建立微铣刀的仿真模型,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)自适应网格技术进行微细铣槽的有限元仿真,得到了不同转速、不同进给量下微细铣削过程中铣削力的大小,并与相应的物理实验结果进行对比,验证了所建模型的正确性,为微细铣削的进一步研究奠定了基础。