高强轨道钢双轴压-扭棘轮行为的实验和模拟

在室温下对高强轨道钢进行了单轴和非比例双轴压-扭循环变形行为的实验,讨论了不同加载路径对轨道钢棘轮变形行为的影响。结果显示:该轨道钢呈现出明显的循环软化效应和压缩方向的棘轮行为,且棘轮行为的演化表现出强烈的加载路径相关性;在椭圆路径下,棘轮应变较其他四种路径更小。进而建立了基于Abdel Karim-Ohno非线性随动硬化律的非比例多轴循环棘轮本构模型,并通过在随动硬化和各向同性软化律中引入非比例因子来考虑非比例路径对双轴压-扭棘轮行为的影响。实验结果和模拟结果的对比表明:该本构模型能够较好地模拟高强度轨道钢的非比例双轴压-扭棘轮行为。     

激光淬火U71Mn钢轨面淬硬层的材料参数反演分析

对激光淬火U71Mn钢轨淬硬层和母材进行纳米压痕试验,由载荷-压深曲线计算得到弹性模量和纳米硬度;建立淬硬层纳米压痕的轴对称有限元模型,基于幂强化模型并结合迭代法对载荷-压深曲线进行反演分析,确定幂强化模型的材料参数,并对反演分析的有效性进行验证。结果表明:淬硬层的平均弹性模量和纳米硬度分别为220.3,11.8GPa,与母材相比分别提高了4.9%和187.8%,且二者在淬硬层中分布较为均匀,仅在边界处发生突变;反演分析得到淬硬层的特征应力为3 146.0MPa,特征应变为0.038,应变硬化指数为0.64,名义屈服强度为498.3MPa;由反演分析得到的应力-应变曲线与给定参数确定的应力-应变曲线的吻合程度较高,说明此反演分析方法有效。     

粘接界面泡沫铝夹芯板的三点弯曲失效数值模拟

对粘接界面泡沫铝夹芯板三点弯曲载荷下的变形特性进行了实验和数值模拟方面的研究。基于有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板的三维有限元模型,应用内聚力模型对三点弯曲过程中典型的破坏模式——面板与芯层的界面脱粘给予了合理的模拟,模拟所得的结果与实验结果比较吻合。并在此基础上分析了面板和芯层厚度对夹芯板承载能力和吸收能量能力的影响。结果表明,增加芯层的厚度能够更大程度上提高泡沫铝夹芯板的承载能力和吸收能量的能力。     

超弹性NiTi合金率相关相变图案演化模拟

基于超弹性NiTi合金薄板在不同温度下的拉伸实验结果,采用三段线性弹塑性本构模型,通过热物理常数等效法考虑相变潜热对温升的影响,利用有限元软件ABAQUS对相变图案演化进行模拟,揭示相变图案演化的率相关性机理。模拟结果表明:超弹性NiTi合金在拉伸过程中发生应力诱发马氏体相变,宏观表现为局部相变带的萌生、扩展与合并;由于相变潜热的释放,相变带的萌生伴随着局部温升,温升的峰值与加载应变率密切相关;局部相变带与加载方向成一定夹角,角度为50°~65°;随着加载速率增加,试样从等温向绝热状态转变,相变应力与局部温升随之增加,相变更容易在低温区域萌生,导致相变带数量不断增加;模拟的超弹性NiTi合金在不同应变率下的相变图案及温度场演化与实验结果吻合较好,为阐明该合金的相变局部化演变过程提供了参考。     

形状记忆聚氨酯热力耦合变形行为实验和有限元模拟

在室温下对形状记忆聚氨酯进行不同应变率下的单调拉伸实验,结合红外测温仪对试样表面温度进行同步监测,研究拉伸过程中的热力耦合效应。结果表明:当应力达到屈服峰后,分子链解缠导致了屈服软化,同时分子链之间的摩擦诱发了局部化温升;随着载荷继续增加,分子链在拉伸方向优先取向导致应变硬化发生,响应的应力和温度不断升高。同时发现,屈服峰和局部化温升均随着应变率的增加而显著增加,然而材料耗散生热诱导的应变软化和应变硬化之间存在竞争机制,使得局部化塑性流动过程对应变率的敏感性降低。基于有限元软件ABAQUS建立板状试样拉伸的有限元模型,对形状记忆聚氨酯的拉伸变形进行热力耦合分析。通过比较不同时刻的塑性应变场和温度场云图发现,局部化的塑性流动和温升均从初始缺陷处萌生,并逐渐向中间移动直至扩展到整个试样。进而提取不同加载速率下的平均温升曲线与实验结果进行了对比,发现二者吻合度较高。     

SS304不锈钢单轴时相关棘轮行为的本构描述

在SS304不锈钢室温和高温单轴时相关棘轮行为实验研究的基础上,基于Abdel-Karim-Ohno非线性随动硬化律,发展了一个新的统一粘-塑性本构模型.由于该模型考虑了具有应力保持时间和高温下不可忽略的静力恢复或热恢复效应,通过与实验结果的比较发现,新发展的统一粘-塑性本构模型对室温和高温下的时相关棘轮行为均能给予合理的预测结果.     

高分子材料涂层碰撞剥落机理的有限元分析

为研究碰撞工况下高分子涂层材料响应,采用有限元软件ABAQUS/Explicit模拟了高分子材料涂层结构在碰撞条件下的应力/应变场,揭示高分子材料涂层在碰撞条件下的剥落机制。根据与不同破坏形式相对应的应力分析,得出倒角半径和碰撞角度对高分子材料涂层抗碰撞性能的影响。计算结果表明碰撞导致的界面剥离以I型破坏为主,合理调整基底材料倒角半径能有效提高涂层抗碰撞性能。研究结果对高分子涂层结构的设计提供了指导。     

拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响

泡沫铝材料是一种典型的拉压双模量材料,即受拉与受压时弹性模量不同。使用ABAQUS有限元软件对泡沫铝夹芯板的三点弯曲行为进行了模拟。首先,对泡沫铝芯层采用可压缩泡沫模型,通过对芯层的受拉区和受压区采用不同的弹性模量来讨论拉压弹性模量差异对夹芯板三点弯曲行为的影响。同时,在泡沫铝压缩响应一致的情况下,对可反映拉压弹性模量差异的孔洞模型和未考虑拉压弹性模量差异的可压缩泡沫模型的夹芯板三点弯曲模拟结果进行了比较。研究表明,泡沫铝芯层的弹性模量对夹芯板的三点弯曲行为模拟有较大影响。若不考虑泡沫铝拉压弹性模量的差异,得到的夹芯板三点弯曲情况下的加载刚度和屈服荷载明显偏低。     

拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响

泡沫铝材料是一种典型的拉压双模量材料,即受拉与受压时弹性模量不同。使用ABAQUS有限元软件对泡沫铝夹芯板的三点弯曲行为进行了模拟。首先,对泡沫铝芯层采用可压缩泡沫模型,通过对芯层的受拉区和受压区采用不同的弹性模量来讨论拉压弹性模量差异对夹芯板三点弯曲行为的影响。同时,在泡沫铝压缩响应一致的情况下,对可反映拉压弹性模量差异的孔洞模型和未考虑拉压弹性模量差异的可压缩泡沫模型的夹芯板三点弯曲模拟结果进行了比较。研究表明,泡沫铝芯层的弹性模量对夹芯板的三点弯曲行为模拟有较大影响。若不考虑泡沫铝拉压弹性模量的差异,得到的夹芯板三点弯曲情况下的加载刚度和屈服荷载明显偏低。     

304不锈钢非比例多轴时间相关棘轮行为的本构模型研究

基于304不锈钢在不同加载速率和不同保持时间下得到的非比例多轴时相关棘轮行为的实验研究结果,在Abdel-Karim-Ohno模型的基础上,建立了一个非比例多轴时间相关循环本构模型.该模型通过在背应力演化律中引入与非比例度相关的静力恢复项,在各向同性硬化律中引入Tanaka非比例度来考虑非比例路径对时间相关棘轮行为的影响.模拟结果与实验结果的比较表明:该本构模型对室温和高温下多轴时间相关棘轮行为的演化规律均能给予较合理的描述.