保载应力和加载速率对316H不锈钢蠕变行为的影响

针对316H不锈钢,通过开展一系列高温蠕变试验,探讨了保载应力和保载前加载速率对材料蠕变行为的影响。结果表明,保载应力对材料蠕变行为影响较大,在进行高温结构蠕变损伤估算时,蠕变应变速率和蠕变断裂延性的选取均要考虑保载应力的影响;保载前的加载速率也对材料蠕变行为产生一定影响,尤其是加载速率较低时。因此,在进行高温结构蠕变损伤估算时,需考虑较低加载速率的影响。     

1.25Cr0.5Mo钢520℃疲劳蠕变交互作用研究

对1.25Cr0.5Mo钢进行520℃应力控制下的疲劳蠕变试验,应用频率分离法、应变能频率分离法进行了寿命预测,预测结果基本位于±2倍误差范围之内。对断口形貌进行了SEM分析,结果表明各种加载条件下的断口都有很多的韧窝和蠕变孔洞。当应力幅大于等于平均应力时,蠕变孔洞内壁上分布着同心条纹,且同心条纹的间距随着应力幅的减小而降低;当平均应力较大而应力幅较小时,蠕变孔洞近似各自独立形核长大;当应力幅略小于平均应力时,蠕变孔洞壁上间距较大的同心条纹是疲劳促进蠕变损伤的证据,而蠕变孔洞上少量脱落的颗粒,是蠕变加速疲劳损伤的证据。     

高温316L钢非线性疲劳蠕变损伤演化模型及其应用

为了研究高温两级和多级疲劳蠕变载荷作用下计及载荷历程效应的寿命预测方法,文中首先基于韧性耗竭理论提出一种非线性疲劳蠕变损伤演化模型,并通过316L不锈钢高温单级应力、温度疲劳蠕变试验,确定模型中的损伤指数,以该损伤模型结合多级加载的损伤破坏准则对高温两级应力、温度疲劳蠕变载荷作用下316L钢的寿命进行预测,得出与试验较...     

宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁的蠕变试验及本构模型对比研究

随着发动机功率密度的增加,气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加,因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁(Compacted Graphite cast Iron, CGI)气缸盖大范围的温度和应力工作条件,开展温度450～550℃、试验应力100～300 MPa条件下的CGI蠕变试验,进行表征宽幅温度和应力下CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明：与较小的温度和应力范围相比,在宽幅条件下CGI更容易发生蠕变损伤,且温度相比应力更能促使CGI发生蠕变变形;分别基于Norton-Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力(Deformation Mechanism-based True Stress, DMTS)模型,结合多目标优化方法,构建了CGI蠕变本构模型。其中,基于DMTS模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内,吻合效果在三种模型中为最佳。     

1Cr18Ni9Ti钢管的常温蠕变性能

采用微机控制电子式万能拉伸试验机研究了应力水平、加载速率、加载历史等对1Cr18Ni9Ti钢管常温蠕变性能的影响以及常温蠕变和加载历史对屈服强度的影响。结果表明:钢管的常温蠕变应变随应力水平和加载速率的增大而增大;加载历史使二次常温蠕变应变减小;当钢管经过不同加载过程的常温蠕变后,不动位错密度增加,之后再进行二次拉伸可使屈服强度有所提高。     

不同温度下胶乳复合垫片蠕变松弛特性分析

螺栓法兰接头的垫片在高温下长期使用,会发生蠕变松弛。垫片的蠕变松弛会导致接头内部流体泄漏,因此建立一种预测密封垫片蠕变和应力松弛的方法尤为重要。利用三参量开尔文流体模型建立一种预测垫片高温蠕变残余应力随时间变化的解析模型,并对胶乳复合垫片进行不同温度、不同应力载荷的蠕变松弛实验。研究结果表明：胶乳复合垫片在相同应力载荷下温度越高残余应力整体下降越明显,且应力载荷越大,损失的应力越多,随时间的推移,残余应力下降逐渐平缓;垫片的高温蠕变松弛行为会导致垫片质量和厚度下降,但随着垫片应力载荷的继续增加,垫片质量和厚度下降的趋势会有所减缓,而随温度的增加,质量和厚度持续降低,且下降趋势不会变缓。三参量开尔文流体模型的预测值与实验数据非常接近,最大误差为4.104%,该模型可以准确地描述垫片的力学行为以及垫片由于蠕变松弛引起的应力载荷损失。     

GH4169合金的高温应力松弛行为及蠕变本构方程

针对涡轮盘用GH4169合金,在不同温度(550,650,750℃)下开展了应力松弛试验,并根据应力松弛曲线建立了蠕变本构方程。结果表明:GH4169合金在不同温度下的应力松弛曲线呈现出相同的特点,整个应力松弛过程可以分为快速松弛和缓慢松弛并趋于稳定两个区段;拟合曲线与试验曲线的符合程度表明二阶指数衰减函数可以很好地用来描述该合金的应力松弛过程;不同温度下应力-蠕变应变速率关系曲线可划分为低应力区、过渡区和高应力区三个区段,在低应力区与高应力区,应力与蠕变应变速率关系基本呈线性相关;通过Origin8.0软件对应力-蠕变应变速率关系曲线进行拟合得到了不同温度下的材料常数,建立了该合金的蠕变本构方程。     

P92钢在内压和拉伸组合加载下的蠕变行为

采用内压和拉伸组合加载方法,在650℃下对P92钢管状试样进行了不同多轴度的蠕变试验并利用改进的Kachanov-Robatnov蠕变模型对其蠕变行为进行有限元模拟,观察了断口形貌和显微组织,分析了多轴度对P92钢应力分布和损伤发展的影响。结果表明:在内压和拉伸组合加载下,当外壁等效应力相同时,多轴度越大,P92钢的蠕变寿命越短;多轴度对P92钢蠕变孔洞的生长具有促进作用;改进的Kachanov-Robatnov蠕变模型可以准确地描述P92钢的蠕变行为;在蠕变过程中,多轴度影响应力的分布,进而影响损伤的分布,多轴度大的位置其损伤程度也大。     

振动摆动辗压黏弹塑性统一本构关系研究及其滞回过程的模拟

在考虑热成形时的温度场效应并避开屈服面假设的条件下,利用连续介质力学理论和热力学理论建立完善的黏弹塑性统一本构关系。在引入与温度有关的运动硬化内变量和等向硬化内变量后,通过分析热加工的稳态蠕变过程中的内变量与应力的演化过程,建立了基于内变量的黏弹塑性统一本构方程;采用欧拉差分法,得到了统一本构方程的数值解。按照等应变率循环加载方式,并利用MAT-LAB进行计算机仿真,发现了内变量以及黏弹塑性统一本构材料应力应变的变化规律,并验证了所建立的黏弹塑性统一本构模型的正确性。     

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。     

残余应力应变释放系数的有限元分析

通过建立16Mn残余应力盲孔法有限元分析模型,模拟出孔边应力、应变的变化情况.揭示了残余应力引起的孔边应力、应变变化情况与应变释放系数A、B值之间的关系,并用孔边应力、应变的有限元运算结果计算出A、B值.通过应变计中点应变法、应变计中点应力法和平均应变法三种方法去标定和修正应变释放系数,通过对三种方法的比较表明,三种方法的计算结果与实验结果相符.且计算精度较高.证实了残余应力有限元模拟的准确性和A、B值标定和修正方法的多样性.     

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。     

Effect of stress ratio on the fatigue behaviour of compact bone

During the fatigue process of bone, cracks generally initiate from the inherent defects existing in the bone. The fatigue lives of bone specimens at different stress levels as well as at different stress ratios R were evaluated using a computer simulation in which the crack propagation behaviour initiated from the inherent defects in the bone are herein considered. The S-N curves as well as the distributions of fatigue lives obtained by the simulations accurately conform with the experimental results. With the strain threshold epsilon(max) representing fatigue failure of the bone specimen, the values of 1500 microepsilon for R = -1, 2500 microepsilon for R = 0.1 and 4000 microepsilon for R = 10 were extrapolated from the simulations. These values conform with experimental values reported in the literature. Such conformity indicates that the strain threshold for fatigue failure is associated with the threshold value for crack propagation.     

The stress and strain concentrations of out-of-plane bending plate containing a circular hole

The elastic stress and strain fields of a finite thickness plate containing a circular hole subjected to out-of-plane bending are systematically investigated using the finite element method. It is found that the stress and strain concentration factors of the finite thickness plate are different except at the notch root of the free surface even if the plate is in elasticity state. The through-thickness distributions of strain components are not linear with the distance from the mid-plane in the stress concentration region. The nonlinearity of these distributions is very severe near the free surface especially in thick plate. The Euler-Bernoulli hypothesis and Kane-Mindlin's plate theory may not be reasonable to be used in the stress concentration region especially near the free surface. The maximum stress and strain do not always occur on the free surface and their locations depend on the moment ratio and the plate thickness. The maximum stress and strain concentration factors occur on the free surface only in thin plates of small moment ratio. The differences between the maximum value and surface value of stress concentration factor increase with the plate thickness and the moment ratio. This relation of strain concentration factor is similar to the one of stress concentration factor. But the difference magnitude of stress concentration factor is larger than that of strain concentration factor in same plate.     

不同材料的室温单轴应变循环特性和棘轮行为研究

通过对U71Mn轨道钢和316L不锈钢室温下单轴应变控制和应力控制循环的实验研究，就两种材料的应变循环特性和棘轮行为进行研究和比较。讨论应变循环下应变幅值和平均应变的大小及其历史对应变循环特性的影响以及应力循环下应力幅值和平均应力的大小及其历史对棘轮行为的影响，同时还讨论了应变循环与应力循环间的交互作用。研究中着重对两种材料的循环特性进行比较，得到一些有助于进行合理本构描述的结果。     

Torsional vibration of cracked beams of non-circular cross-section

The equation of motion and associated boundary conditions are derived for a uniform beam of non-circular cross-section which is subjected to torsional vibration and which contains one or more pairs of symmetric cracks. The procedure is to use the Hu-Washizu variational principle which requires plausible assumptions about the displacement, momentum, strain and stress fields to be chosen. The perturbation in the stress and strain distributions of the beam due to the presence of the cracks is incorporated through local functions which have their maximum value at the cracked section and which decay exponentially from the crack location. The rate of exponential decay can be evaluated from experimental tests. The fundamental torsional frequency of the beam is computed for various depths of crack using the theoretical model. These predictions are then compared with results obtained from experiments on beams which contain cuts to simulate the cracks. It is found that the theoretical predictions closely match the experimental results.     

压力容器受低周疲劳裂纹萌生寿命的可靠性分析

由于压力容器构件的不确定因素,造成了构件局部应力应变响应和疲劳寿命具有随机性。通过将循环迟滞回线,应变寿命曲线表示为概率曲线,并考虑累积损伤的随机性,反映了构件的不确定性。使用Taylor多项式计算局部应力应变的均值和方差,并求出构件疲劳萌生寿命的均值和方差。计算了一定可靠性下的疲劳萌生寿命,得出在一定使用寿命时,结构的可靠度曲线。算例表明,它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。     

鳞片石墨对环氧胶固化过程的影响

用应变片电测法和阿基米德法,分别测定了鳞片石墨含量不同的环氧胶加热固化中的应变和固化完成后试样的密度,以研究石墨含量对金属-环氧胶接头胶层固化内应力的影响。结果表明:在所采取的研究条件下,石墨含量为5%的试样固化收缩应变值最大,而最初9m in所测得的应变谷值与试样峰值应变和最终应变之差,对应石墨鳞片含量存在着较为一致的对应关系。对鳞片石墨含量变化所带来的影响进行了讨论,综合考虑多方面因素,石墨鳞片的添加量为15%较为适宜。     

含形状记忆合金(SMA)层柔性梁的振动频响特性

主要研究具有形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）层的梁结构的动力响应特性，重点分析了应力诱发马氏体相变的影响。首先采用SMA超弹性分段线性的应力－应变模型表示SMA的超弹性本构特征；其次借助有关粘弹性材料结构动力学分析的复模量方法，推出简谐激励作用下SMA层的面内变形和应力之间的关系，提出具有SMA表层的简支梁横向稳态频率响应求解的数学模型。SMA超弹性非线性的影响使得结构产生复杂的动力学特征，如存在多值稳态解、跳跃性、周期3响应等。上述现象的发生与激振力幅值、温度的变化密切相关。     

Hydrodynamic lubrication of porous journal bearings using a modified Brinkman-extended Darcy model

A numerical solution for the hydrodynamic lubrication of finite porous journal bearings considering the flexibility of the liner is introduced. The Brinkman-extended Darcy equations and the Stokes' equations are utilized to model the flow in the porous region and fluid film region, respectively. A stress jump boundary condition at the porous media/fluid film interface and effects of viscous shear are included into the lubrication analysis. Elrod's cavitation algorithm, which automatically predicts film rupture and reformation in the bearing, is implemented in the solution scheme. The present analysis predictions for pressure distributions, load carrying capacity, and friction factor are in good agreement with three different sets of experimental results available in the literature. Furthermore, the effects of dimensionless permeability parameter, and stress jump parameter on performance parameters such as load carrying capacity, side leakage, friction factor, and attitude angle, are presented and discussed.