小变形循环载荷下Q235材料特性的试验研究

为进一步挖掘材料的承载能力,以焊接结构常用材料Q235为研究对象,通过应变控制下的循环加载试验,得到了Q235在小变形量循环载荷作用下的应力应变曲线及特征,应力随循环周次的变化规律,并给出了相应的数学模型。试验结果表明,Q235在小应变对称循环载荷作用下表现出循环硬化特性和包申格效应,随循环周次的增加,循环硬化速率和包申格能量参数变化率最终均会达到一个稳定值;Q235在小应变非对称循环载荷作用下的变形特征,可以看作是其对应变初值和对称应变循环载荷叠加作用的响应,且随循环周次的增加,材料响应应力峰值与屈服应力逐渐回归于相同幅值对称应变作用下的相应数值。     

多种循环加载制度下Q235材料性能试验

对Q235钢进行了变应力载荷幅值及不同预变形和载荷保持时间等条件下的循环加载试验,并分析了其力学响应和材料性能。研究结果表明：Q235钢在应力控制的循环加载过程中表现出明显的循环软化特性和棘轮效应,棘轮应变的大小主要取决于载荷水平;当循环载荷逐级增大时,前期的变形会导致后期的棘轮应变增大;而当循环载荷逐级减小时,后期的棘轮应变值取决于最大载荷时的棘轮应变,且棘轮应变率接近于零;当预变形的响应应力峰值小于后期控制应力峰值时,预变形对材料的棘轮效应具有抑制作用,且预变形量越大,抑制效果越明显;载荷保持时间延长会使材料的棘轮应变增大,棘轮应变率增大,从而加速材料失效。     

考虑循环软化的箱型承载结构安定性分析

安定性分析是承受循环载荷作用的结构设计与安全评定的重要理论依据,更能反映结构的实际承载能力.材料在循环载荷作用下会呈现一定的循环硬化/软化特性,从而影响结构的安定性.以常用的Q235钢为研究对象,分别对Q235板材进行单向拉伸和对称应变控制的循环加载试验,测量相应的应力-应变曲线及材料力学性能参数,研究其单向拉伸性能及...     

TA15合金等温挤压过程的热力耦合模拟

通过分析变形温度为800-1050℃，应变速率为0．01-70s^-1条件下的实验数据.建立了TA15合金高温变形时的本构关系模型。运用有限元软件对TA15合金等温挤压过程进行了数值模拟，获得了不同挤压变形条件对变形区等效应变、等效应力、等效应变速率和温升的影响。结果表明，上模速度对变形体的等效应力、温升、载荷的影响显著。     

中性盐雾腐蚀环境中Q235钢板力学性能的退化规律

在中性盐雾腐蚀环境中对Q235钢板进行0~178d的加速腐蚀试验,采用光学表面测量技术对锈蚀钢板表面进行数据采集,运用Geomagic studio逆向工程软件建立了Q235钢板锈蚀表面的几何模型;通过单轴拉伸试验研究了Q235钢板力学性能的退化规律。结果表明:随着锈蚀质量损失率增大,Q235钢板的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均呈明显的线性退化趋势,屈服平台迅速缩短,严重蚀坑的存在使得锈蚀钢板更易产生塑性损伤而进入颈缩阶段;通过对二次塑流模型进行修正,建立了锈蚀Q235钢板的应力-应变退化本构模型,得到了模型形状控制参数随锈蚀质量损失率变化的退化规律;在中性盐雾环境中,Q235钢板的腐蚀以点蚀为主,蚀坑分布不均匀,且具有较大的离散性和随机性,腐蚀过程中层状剥蚀产生的影响不可忽略。     

动力蓄电池包冲击累积损伤数值模拟研究

分析了车用电池包(Pack)在多次冲击载荷作用下的累积损伤。应用Hypermesh建立了Pack的有限元模型,使用LS_DYNA显式求解器求解了冲击载荷作用下Pack结构的动态响应,得到冲击载荷作用下Pack结构的von Mises应力和塑性应变分布情况及最大值,然后采用LS_DYNA重起动技术实现损伤状态参量传递,进而实现考虑初始损伤结构在多次冲击载荷作用下的应力状态及塑性应变累积分析,最后采用Johnson-Cook失效模型评估了结构损伤,得到Pack结构损伤的分布。     

GS-20Mn5钢非对称循环应力-应变本构模型及其应用

在实际工程中,机械结构件承受反复载荷时,内部往往是非对称的应力应变状态。在非对称循环加载条件下,材料不仅会表现出循环软/硬化特性,还会表现出平均应力松弛行为。这会影响其在循环稳定状态下的力学性能,进而影响结构在相应工况下承载服役的强度安全性。针对大型压机本体结构常用GS-20Mn5钢进行了单向拉伸及应变比R为0.5,应变幅0.20%、0.25%、0.27%、0.30%和0.40%的非对称应变循环加载试验研究,分别构建了基于单向拉伸试验结果的A-F随动硬化模型,以及基于非对称循环加载的Landgraf模型来描述其平均应力松弛特性,将其应用到Ramberg-Osgood公式中,结合A-F非线性随动硬化模型,建立了非对称循环加载条件下对应于循环应力-应变曲线的本构模型,并确定了相应模型参数。针对承受非对称循环载荷的某大型锻造液压机上横梁,应用所建立的本构模型分别进行了安定性数值分析,评估了其在循环载荷下的弹塑性强度安全性。结果显示,与采用单向拉伸条件下的A-F模型时的计算结果相比,采用非对称循环应力-应变本构模型时上横梁的安定极限载荷提高了约7%。     

随机载荷作用下货车车轴的疲劳应力计算

对货车车轴进行了随机载荷下的应力——应变状态模拟计算。在建立C64A型货车动力学计算模型的基础上，考虑轨道不平顺的影响，通过动力学仿真得到了施加在轮对上的随机载荷，将统计分析后的载荷谱作为边界条件，利用ANSYS软件所建立的轮对有限元计算模型，将LZ50车轴材料考虑成弹塑循环非线性本构关系，得到了典型工况下车轴各部位的应力分布情况。     

Q235钢薄板单点增量成形延性破损的有限元模拟

将损伤力学中的破损应变、三轴应力和应变比等参数作为Q235钢薄板出现延性破损的标准,以成形圆锥台件为例,运用ABAQUS有限元软件对Q235钢薄板单点增量成形的延性破损进行了有限元模拟,并进行了相关的试验验证。结果表明:在Q235钢薄板的成形区域上,板料的厚度分布不均匀;圆锥台件底部和顶部的厚度变化率呈对称分布,中部的厚度最薄,是最易出现延性破损的区域;模拟结果能较准确地预测出Q235钢薄板发生延性破损的位置,试验结果证明了所建有限元模型的正确性。     

N80Q钢的低周疲劳特性及寿命预测

在Instron 8862型疲劳试验机上对油井套管用N80Q钢进行完全对称循环载荷(平均应变为0)和非对称循环载荷(平均应变为0.5％和1.0％)下的低周疲劳试验,研究该钢的低周疲劳特性,并讨论了考虑不同因素的低周疲劳寿命模型的预测精度.结果表明:塑性应变能随应变幅的增大呈线性增长趋势,平均应变对塑性应变能几乎无影响;在对称载荷、不同应变幅(0.5％～2.0％)下以及非对称载荷、应变幅大于1.0％下,N80Q钢均无应力松弛行为,而在非对称载荷、应变幅小于1.0％时出现明显的应力松弛行为,且初始平均应力越大,应力松弛行为越明显;考虑最大应力、应力范围、应变范围以及平均应变影响的经验模型的预测精度较高,预测寿命主要分散在1.2倍分散带内.     

管线钢预弯弹塑性影响因素仿真分析

借助有限元软件对X80级管线钢板材预弯状态的弹塑性特征进行了仿真分析,对其影响因素进行了研究。通过建立有限元模型,采用固定变量法讨论了三种因素载荷、跨距以及下压半径对预弯变形的影响。抽取板材下边缘塑性应变、应变比重、等效应力以及跨距间下边缘轨迹线的应力应变结果,得到载荷、跨距与应变呈正比关系,曲线呈陡峭变化趋势,且载荷的影响因子大于跨距的;下压半径与应变不是纯粹反比关系,呈现出波浪式下降趋势;每一种影响因素不仅影响板材变形值,对其变形范围也有一定影响。     

焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对Q345钢焊接残余应力与变形计算精度的影响

建立合适的材料模型是有限元法准确预测焊接残余应力与变形的关键.基于有限元软件ABAQUS,采用热-弹-塑性有限元方法模拟Q345低合金高强钢平板对接接头的焊接残余应力与变形,探讨焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对焊接残余应力和变形的影响.数值模拟结果表明,与理想弹塑性模型预测的结果相比,材料模型区分考虑母材和焊缝金属的屈服强度会明显增加焊缝及其附近区域的纵向残余应力,材料模型考虑材料的加工硬化及退火软化效应会显著增加焊接接头下表面的纵向和横向残余应力,材料模型考虑焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化及退火软化效应对平板对接接头角变形的影响较小.比较计算结果与试验结果可知,为准确地预测Q345钢接头焊接残余应力与变形,材料模型要区分考虑母材与焊缝金属的屈服强度、材料的加工硬化及退火软化效应.提出的材料模型为采用数值模拟方法高精度地获得Q345低合金高强钢接头或结构的残余应力与变形奠定了理论基础.     

应变疲劳可靠性理论与方法的新进展

介绍概率应变疲劳试验法、评价模型和损伤随机演化机制方面的新进展。突破经典极大似然法在参考试验载荷之外的单试样限制，提出新的广义极大似然疲劳试验法。新发现随机循环应力—应变响应现象并建立其概率模型。新发展概率疲劳应变一寿命模型。概率模型参数由称为广义极大似然法的方法确定，在整体数据层面综合考虑数据分散性规律与样本量对概率评价的影响。考虑随机应力—应变关系反映“随机应变载荷”、随机应变—寿命关系揭示材料的“应变强度”，提出随机应变载荷—强度干涉恒幅可靠性模型，与Keciguliu的递推法结合可进行变幅和应变载荷谱下的可靠性分析，形成了应变疲劳可靠性理论和方法的新体系。进一步根据有效短裂纹准则，揭示疲劳性能随机及演化性的本质原因源于主导有效短裂纹萌生区域及其裂尖区域微观结构扩展条件的差异及演化性；随机疲劳裂纹扩展、应变—寿命和应力—应变关系是3个关联的随机疲劳关系；疲劳损伤是一个由初始混沌状态，到独立无关的随机状态，然后到史相关随机状态的演化过程。     

新型TA32钛合金板的高温拉伸变形行为

在变形温度650～850℃、应变速率0.001～0.100s-1条件下对TA32钛合金板进行高温拉伸试验,研究了变形温度和应变速率对合金高温拉伸变形行为的影响;基于修正的Hooke定律和Grosman方程建立TA32钛合金的高温流变本构方程并进行试验验证。结果表明:TA32钛合金的流变应力受变形温度和应变速率的影响显著,变形温度的升高和应变速率的降低均会使流变应力减小;在变形温度650℃、应变速率0.100s-1下,合金的抗拉强度为680 MPa,约为常温抗拉强度的80%,合金仍具有较高的强度;当变形温度由750℃升至850℃时,合金伸长率的增长幅度和强度的下降幅度均较明显,合金塑性较好;采用建立的高温流变本构方程计算得到的真应力-真应变曲线与试验结果基本吻合,其相关系数和平均相对误差分别为0.979 4和11.1%,该本构模型可较好地描述TA32钛合金的高温拉伸变形行为。     

振动载荷作用下的固体发动机应力应变场分析

针对固体发动机在低频振动载荷作用下的影响分析,采用分布式环境监测系统对发动机实际承受外在环境载荷进行监测,获得了环境实测载荷数据;建立了固体发动机整体模型,对双材料界面采用CZM界面单元模型,在实测载荷的基础上对固体发动机进行了数值模拟,得到了发动机粘接界面层和装药内部的应力应变场分布。结果表明了固体发动机粘接界面层的应力集中点在人工脱粘层与粘接界面的交界处,其最大应力、应变数值为maxσ=172.3KPak Pa、maxε=0.0573;发动机装药内部的应力集中位置在装药内槽中部的星角位置,其最大应力、应变数值为maxσ=96.35KPak Pa、maxε=0.0237。     

成形极限曲线的新概念

失稳理论是成形极限曲线（ＦＬＣ）的理论基础。本文论述了ＦＬＣ理论研究中存在的问题。研究指出：一般出厂板的表面状况不会影响板料的集中失稳；板内损伤平面应变时最严重；双拉时，板内损伤的积累、发展，导致应力状态向平面应变漂移；拉压时，载荷失稳后引起的双拉，也会导致平面应变。因此平面应变状态的出现是板料集中失稳的共同原因。在此基础上，建立了ＦＬＣ左右两半部统一的模型。新模型与试验结果符合良好，优于Ｍ－Ｋ理论。     

基于损伤力学的铸造起重机疲劳-蠕变寿命分析

以连续损伤力学(continuum damage mechanics)理论为基础,针对铸造起重机主梁在中温及组合应力状态下的疲劳-蠕变损伤进行了研究。通过对Q235试件的中温疲劳试验,分别对扭转与拉伸状态下的铸造起重机主梁平均应变进行了分析,推导出了中温状态下的铸造起重机主梁在组合应力状态下的疲劳-蠕变损伤交互作用的损伤模型。在此基础上,研究了铸造起重机箱型梁在损伤后的有效截面尺寸分配原则和计算依据。通过Q235试件拉伸与扭转试验,证明该疲劳-蠕变损伤模型与试验数据符合度较高。通过180/50t铸造起重机工程验证,表明该模型具有较好的寿命预测能力。     

应变量对Al-1Mn-1Mg合金热变形行为的影响

在Gleeble热模拟试验机上对不同处理状态（熔体处理与均匀化退火）的Al-1Mn-1Mg合金进行高温压缩试验，通过流变应力曲线分析，重点探讨了应变量对热变形材料常数的影响，并用光学显微镜、透射电子显微镜研究铝材的热变形组织特征。结果表明：经不同处理的Al-1Mn-1Mg合金均易发生动态软化并最终呈现稳态流变特征；热变形材料常数是过程量，随应变量的增加，应力水平参数α、应变速率敏感性指数柳和热变形激活能Q随之增大，而应力指数，n则逐渐减小；均匀化退火后，铝舍金的α和m值最大而，n值最小，动态软化效果最明显且变形均匀，在该状态下，铝合金的Q值受变形量影响小，平均仅为176．5kJ／mol，易进行热变形；当应变量为0．7时，基体呈现规则的再结晶晶粒组织，随着应变量的增加，晶内重新形成了位错胞结构。     

液相烧结法制备钢结硬质合金覆层材料

以WC、Cr3C2、Fe、Co和Ni为原料,加入有机粘结剂PVB,制备出成形料浆;利用料浆喷涂法在Q235钢基体上成形覆层坯体;在真空烧结炉中通过液相烧结工艺制备出钢结硬质合金覆层材料。覆层材料表面硬度远远大于Q235钢。在覆层受压应力的状态下,覆层材料的抗弯强度大于Q235钢;在覆层受拉应力的状态下,覆层材料的抗弯强度小于Q235钢。覆层中硬质相与粘结相分布均匀,无气孔等缺陷存在。覆层与钢基体之间没有清晰的结合界面存在,形成了冶金镶嵌结构,产生了致密的冶金结合。     

超声表面滚压加工纯钛梯度材料的力学性能反演与有限元分析

对TA2纯钛进行超声表面滚压加工,研究了其截面显微组织和残余应力分布;采用纳米压痕试验测定距表面不同距离处的载荷-压入深度曲线并反演得到应力-应变曲线,将该应力-应变关系作为材料属性,采用有限元方法模拟得到载荷-压入深度曲线,通过与试验曲线进行对比对反演方法进行验证,并且研究了初始屈服应力和应变硬化指数对载荷-压入深度曲线的影响.结果表明:试样表层形成晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构,残余压应力随着距表面距离的增加先增大后减小;载荷-压入深度模拟曲线与试验曲线基本一致,最大压入深度的相对误差在8％以内,说明反演方法可靠;随着初始屈服应力和应变硬化指数增大,载荷-压入深度曲线加载段曲率增大,塑性功与总功之比减小,初始刚度变化不明显.