基于Fields-Backofen方程的镁合金热变形本构模型

目的研究镁合金热变形行为,建立真实应力与应变、温度及应变速率间的构效关系,以表征多类镁合金的热变形过程。方法基于Gleeble-1500热模拟实验,定性、定量化分析镁合金热变形的温度敏感性,结合变形曲线的唯象特征,优化并重构Fields-Backofen本构方程以表征镁合金的热变形行为。结果镁合金热变形过程中,应力关于温度的软化作用可被描述为以e为底的指数函数形式;采用F-B方程表征镁合金热变形行为时,需考虑温度软化作用对该方程进行特定优化;优化后的F-B模型,其形式上为分段式函数,该函数所预测的变形曲线在峰值处存在尖点现象且预测误差较大;利用"离散变形微阶段求解——全阶段整合"的方法,将应变变量植入到应变速率及温度敏感系数,对F-B模型进行重构,可有效解决尖点问题,提高对变形曲线的预测精度。结论重构后的F-B模型可准确表征AZ31B镁合金的塑性流变行为,并适用于AZ91,AZ80及ZK60等具有与研究合金相似变形特性的镁合金。     

复合材料残余应力和固化变形数值模拟及本构模型评价

为了评价不同固化本构模型,建立了预测复合材料构件残余应力/应变和固化变形的三维数值模型。该模型由热化学分析模块和热力分析模块构成,考虑了热化学耦合、材料性能的各向异性、化学收缩及黏弹性等因素。基于线弹性、黏弹性和Path-dependent三种典型的本构模型,预测了构件的残余应力/应变及固化变形。通过与试验结果对比,验证了所建数值模型的有效性,并重点研究了不同本构模型的适用性。结果表明,黏弹性本构模型最佳,对构件的残余应力/应变及固化变形的预测结果均较好; Path-dependent本构模型次之,对构件的残余应变和固化变形的预测结果较好,但对构件的残余应力的预测结果稍差;线弹性本构模型最差,除了对构件的残余应变和较薄构件的固化变形的预测结果较好外,其他预测结果都较差。     

基于应变补偿和PSO-BP神经网络Ti-2.7Cu合金本构关系

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Ti-2.7Cu合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度740～890℃,应变速率0.001～10s~(-1)范围内的热变形行为;并在Arrhenius型双曲正弦函数方程基础上引入应变量构建了基于应变补偿的本构模型,同时构建了基于PSO-BP神经网络的本构关系模型。结果表明:合金的流变应力对变形温度和应变速率较为敏感,变形温度升高和应变速率减小都会使流变应力降低;在高温和低应变速率条件下,流变曲线大多呈现稳态流动特征。经过误差计算得出,基于应变补偿的本构模型,预测值偏差在15%以内的数据点占85.28%;采用PSO-BP神经网络建立的本构模型,预测值偏差在15%以内的数据点占96.67%,PSO-BP神经网络模型具有更高的精度,能准确预测Ti-2.7Cu合金的高温流变应力。     

大型结构应变场光纤分布监测系统

研究了一种用于大型工程结构应变、变形状态监测的基于光时域反射技术的分布式光纤应变传感系统。设计了一种新型的光纤微弯传感器结构,用于对沿传感光纤分布各测量点的应变信息进行提取;在此新结构的基础上,了全光纤型应变传感器串行阵列,以对构件应变测量和安全监测为主要目标,建立了起了分布光纤应变实时监测系统,进行了系统实验了得到了良好的结构。     

Zirlo锆合金高温变形行为及本构关系EI北大核心CSCD

采用Gleeble-3800型热模拟试验机,对Zirlo合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度550~700℃,应变速率0.01~10 s^(-1)范围内的热变形行为;并在Arrhenius型双曲正弦函数方程基础上引入应变量,构建了基于应变补偿的Arrhenius本构模型,同时构建了基于位错密度演化加工硬化模型和基于唯象型的软化模型的分段唯象型本构模型。结果表明:Zirlo合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的提高而升高,低应变速率下流变应力呈现更高的温度敏感性,流变应力曲线在不同变形条件下分别呈现加工硬化、动态回复、动态再结晶特征。经过误差分析可知,基于应变补偿的Arrhenius本构模型大部分预测值的误差均在15%以内,具有较高的准确性,而分段唯象型本构模型相对平均绝对误差最大值不超过3%,具有97%以上的准确率,可以很好地预测合金的应力-应变曲线,具有良好的拓展性,并且可初步判断曲线类型,具有良好的实用性。     

Ti−6Mo−5V−3Al−2Fe−2Zr合金热变形行为及热加工图

目的 建立近β钛合金Ti−6Mo−5V−3Al−2Fe−2Zr(质量分数)的热变形本构方程,绘制热加工图,确定该合金的流变失稳区和适宜加工区,为其在工业生产中热加工工艺参数的制定提供指导。方法 在变形温度700~ 850 ℃、应变速率0.000 5~0.5 s⁻¹、真应变0.7的条件下,对近β钛合金Ti−6Mo−5V−3Al−2Fe−2Zr进行热压缩实验;基于Arrhenius方程建立该合金的热变形本构方程,并对方程进行验证;根据Prasad失稳准则,构建该合金的热加工图。结果 该合金的流变应力随着变形温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大;其热变形激活能为226.29 kJ/mol,本构方程为;通过热变形本构方程得到的峰值应力计算值与实验值平均误差为4.21%。结论 建立的热变形本构方程预测了流变应力,描述了该合金的热变形行为;通过叠加合金的能量耗散图和流变失稳图,获得了该合金的热加工图。基于热加工图确定该合金的流变失稳区为变形温度700~755 ℃与784~850 ℃、应变速率0.5~0.05 s⁻¹,最佳加工区为变形温度836~850 ℃、应变速率0.000 5~0.005 s⁻¹。     

FeCrNiMn高熵合金本构方程的建立

在变形温度为900～1050℃、应变速率为0.001～1 s-1下对FeCrNiMn高熵合金进行热压缩试验.通过真应力-真应变曲线,分析流变应力与变形参数之间的关系.在Arrhenius型双曲正弦方程的基础上建立了FeCrNiMn高熵合金本构方程.误差分析表明,所建立的本构方程与实验值基本吻合,可以作为热变形工艺参数选择的依据.     

高强汽车中锰钢的热压缩变形行为研究

目的 为第三代汽车中锰钢工业化生产的加工工艺制定提供参考。方法 采用Gleeble-3800型热力模拟试验机对汽车用中锰钢进行了变形温度900~1 150 ℃、应变速率0.1~20 s^?1的热压缩变形处理(变形量为50%),基于不同热压缩变形条件下的应力应变数据建立中锰钢的流变应力本构方程,并对本构方程进行应变补偿,验证考虑应变补偿的流变应力本构方程预测值与试验结果的一致性。结果 应变速率不变时,中锰钢的峰值应力随着变形温度的升高逐渐减小;变形温度不变时,中锰钢的峰值应力随着应变速率的增大整体逐渐增大。在变形温度900~1 150 ℃、应变速率0.1~20 s^?1的条件下,汽车用中锰钢考虑应变补偿的流变应力的散点预测值与实测值吻合较好;进行应变补偿处理后,汽车用中锰钢流变应力本构方程的相关系数为0.986,绝对平均误差3.36%,相较于未考虑应变补偿的流变应力本构方程,考虑应变补偿后相关系数变大,绝对平均误差变小。结论 考虑应变补偿的流变应力本构方程可以对汽车用中锰钢热压缩变形过程中的流变行为进行准确预测。     

一种新型高淬透性Ni-Cr-Mo-B钢的热变形本构分析

基于Gleeble单道次热压缩实验并结合OM表征手段及回归方法,研究了一种新型高淬透性Ni-Cr-Mo-B特厚板钢在850～1 150℃和0. 01～10 s-1热变形参数下的热变形行为。结果表明,Ni-Cr-Mo-B钢在热变形过程中流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大。建立的典型应变补偿Arrhenius型本构方程可用于粗略预测Ni-Cr-Mo-B钢的流变行为。考虑到应变速率、变形热对变形过程的影响,提出修正应变补偿Arrhenius型本构方程,其统计学参量Rc=0. 994 68、AARE=3. 69%、RMSE=6. 44 MPa、NMBE=1. 25%,相对误差大部分(94. 87%)在±10%之内,表明该方程具有极高的流变应力预测精度。     

深基坑开挖的大变形有限元分析

本文建立了基于初始构形的大变形增量有际元方程，讨论了非线性方程的求解过程，在此基础上，首次运用大变形理论对深基坑开挖过程中的大变形问题进行了研究，作为对比，也进行了相同材料模型下的小变形理论分析，通过了对比分析，从数值结果上分析了用小变形理论研究基坑变形问题时，可能会产生的误差，并以此定量地确定了大，小变形理论适用范围。     

基于iBeam3单元逆有限元法的冻土区管道变形研究

形状传感技术结合了应变-形状算法,使测点的应变与空间位置对应。该技术能真实地反映待测物的空间姿态与形状变化,可实现动态实时监测。该文提出了一种基于iBeam3单元的逆有限元法来实现管道变形状况的实时监测。建立了基于iBeam3单元的逆有限元法的理论框架模型;试验验证了其合理性;设计了冻土区管道变形试验,结合应变传感器所测表面应变信息建立逆有限元分析模型;实现了在整个冻融循环过程中对管道形状的重建。试验结果表明:该方法不仅能实时监测管道随土体冻融循环的完整变形过程,而且可以保证精度。在解决寒区管道结构健康监测问题上潜力巨大。     

基于内埋光纤Bragg光栅传感器的复合材料固化过程监测

为了全面了解复合材料的固化特性,在对碳纤维增强树脂基复合材料固化变形进行数值仿真分析的基础上,将自行设计的光纤Bragg光栅（FBG）传感器埋入复合材料中,实时在线监测复合材料固化过程中温度和应变的演变。预浸料铺层方式为[0₁₁/90₁₁],分别在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用热模压方式固化成型复合材料层合板,并对成型后的层合板进行连续2次降温处理,实时记录固化过程中FBG传感器中心波长的变化。结果表明:在相同的温度条件下,复合材料在第1次降温初始阶段的压应变绝对值明显小于在第2次降温初始阶段的压应变绝对值,表明复合材料在第1次降温过程中仍在进行FBG传感器可检的“后固化”反应;此外,层合板变形的FBG传感器监测数据与有限元模拟结果吻合良好。因此,采用内埋FBG传感器的方法能够实时监测复合材料固化过程,为更全面地分析复合材料固化特性提供了一种可靠有效的方法。      

螺栓与被连接件间轴向相对刚度的修正计算

螺栓连接结构的载荷分配比例和螺栓与被连接件间的轴向相对刚度密切相关。为了更准确地求解螺栓连接结构中螺栓与被连接件间的轴向相对刚度，基于被连接件垂直于螺栓轴的各受压层压应力均匀分布与非均匀分布形式下的轴向压缩变形量解析式，结合有限元仿真结果，提出了被连接件压缩变形体起始直径的修正公式及轴向压缩变形量的修正解析式。通过提取仿真应力值，对压应力理论修正方程、压应力仿真拟合方程进行积分计算。对比计算结果发现：用仿真拟合方程计算得到的被连接件压缩变形体轴向压缩变形量与用理论修正方程计算得到的变形量的误差小于2.5%，这说明用仿真拟合方程求解被连接件压缩变形体的轴向压缩变形量具有较高的精度。研究结果表明：修正起始直径与夹紧长度、螺栓头与螺母支承面直径呈线性关系。压应力非均匀分布下，用被连接件压缩变形体轴向压缩变形量的修正解析式求解螺栓与被连接件间轴向相对刚度时，误差小于2%，表明该修正解析式能够较为准确地计算螺栓与被连接件间的轴向相对刚度。在修正起始直径的基础上，基于被连接件各受压层压应力非均匀分布的轴向相对刚度计算结果比基于均匀分布的更准确。研究结果为理论研究和实际工程中准确分析螺栓的受力情况提供了一定参考。     

Inegrated autocorrelation method for plastic strain determination

This paper presents an integrated autocorrelation method for the measurement of plastic deformation in metallic materials. The method employs a laser beam to illuminate the test objects. The diffracted images are digitised, recorded and processed on a computer based image processing system. The subsequent speckle pattern correlation analysis yields information on the surface deformation of the test objects. The technique is applied to brass tensile specimens and it is found that the integrated autocorrelation coefficient is linearly proportional to the plastic shear strain. For the range of plastic strain measured the error involved would be less than 10%.     

X80管线钢不同变形状态的磁记忆检测试验研究

为探明管线钢在不同变形状态的力磁耦合特性,以实现油气管道塑性变形损伤的早期预警,本文开展了X80管线钢在弹塑性变形阶段的磁记忆检测试验研究。采用疲劳试验机对标准板状试件导入不同变形状态,通过应力-应变监测系统获取试件的实时应变情况,同时利用磁记忆检测仪对卸载后的试件表面磁场强度进行离线扫描。结果表明:在弹性变形阶段,磁场强度分布曲线表现出线性程度较好的直线,在塑性变形阶段则出现局部畸变;以磁场强度法向分量的斜率和切向分量的绝对值为特征参数,其随应力增加先增大后减小的变化规律反映了材料的弹塑性转变过程;利用改进的J-A磁机械模型可以合理地解释弹塑性变形过程中磁信号的反转现象;切向分量对局部塑性变形的表征比法向分量更为敏感,根据切向分量的变化可以判定试件是否进入塑性变形阶段,根据切向磁场梯度最大值与应力的量化关系,可以表征试件的应力集中状态,为塑性变形损伤的诊断提供依据。     

宝钢195钢低温轧制变形抗力数学模型的建立

本文利用Gleeble－1500D热模拟试验机对宝钢195钢所制的Ф10min×12mm圆柱形试样的塑性变形抗力进行压缩试验研究。实测了变形温度在750—1000℃、变形速率为1／s和25／s、变形量在0．7以下时,宝钢195钢的变形抗力,建立了志田茂变形抗力数学模型并对模型进行了乘法修正。结果表明,乘法修正使模型的预报精度得到了极大的提高。     

Research on horizontal displacement monitoring of deep soil based on a distributed optical fibre sensor

The traditional measurement method for the horizontal displacement of deep soil usually uses an inclinometer for piecewise measurement and then generates an artificial reading, which takes a long time and often contains errors; in addition, the anti-jamming and long-term stability of the inclinometer is poor. In this paper, a technique for monitoring horizontal displacement based on distributed optical fibres is introduced. The relationship between the strain and the deflection was described by a theoretical model, and the strain distribution of the inclinometer tube was measured by the cables laid on its surface so that the deflection of the inclinometer tube could be calculated by the difference algorithm and regarded as the horizontal displacement of deep soil. The horizontal displacement monitoring technology of deep soil based on distributed optical fibre sensors developed in this paper not only overcame the shortcomings of traditional inclinometer technology to realize automatic real-time monitoring but also allowed for distributed measurement. The experiment was similar to the expected engineering situations, and the deflection calculated from the strain was compared with an inclinometer. The results demonstrated that the relative error between the distributed optical fibre sensors and the inclinometer was less than 8.0%, and the results also verified both the feasibility of using distributed optical fibre to monitor the horizontal displacement of soil as well as the rationality of the theoretical model and difference algorithm. The application of distributed optical fibre in monitoring the horizontal displacement of deep soil in the engineering of foundation pits and slopes can more accurately evaluate the safety of engineering during construction.     

关节臂式坐标测量机热变形误差建模及补偿

建立了关节臂式坐标测量机(AACMM)结构参数热变形误差的运动学方程,研究了在实验温度约为20 ℃时关节臂式坐标测量机主要结构参数的温度变化规律和测量误差的变化趋势,建立了基于多元线性回归方法的热变形误差补偿模型并进行验证。实验结果表明:AACMM工作温度上升值最大可达3℃,测量误差随温度上升呈增大趋势,最大长度测量误差可达0.115 mm。实现了AACMM热变形误差补偿,平均测量误差从0.071 5 mm降到0.033 5 mm,在一定程度上提高了AACMM的测量精度。