Mechanical analysis of temperature impact on stability during superplastic tensile deformation

Based on state equation that stress is the function of strain, strain-rate and temperature, the paper establishes the differential constitutive equation used for analyzing load-stability and the variational constitutive equation used for analyzing geometry-stability during superplastic tensile deformation, which contain strain hardening index, strain-rate sensitivity index, temperature sensitivity index introducted for the first time and temperature undulation index introducted for the first time in the paper. And then, based on the universal condition of plastic elementary theory, the paper analyzes load-stability and geometry-stability under continuously rising temperature and under the non-uniform temperature along the axes of specimen respectively. The results prove the impact of continuously rising speed and non-uniform value of temperature on deformation stability is that the faster temperature rises and the more non-uniform temperature is, the smaller the corresponding uniform strain of load-stability and geometry-stability are; strain hardening index is the necessary condition of stability during superplastic tensile deformation, and geometry-instability will not happen when load-instability occurs, but happen when uniform deformation has lasted after load-instability; in the superplastic temperature field, constant temperature is not necessary condition of superplasticitiy, but during the deformation, the slower temperature rises and the more uniform temperature is, the more stable deformation is.     

对向差压超塑胀形m值的计算公式和测量方法

本文给出在背压作用下超塑自由胀形m_H·m_V·m_P的计算公式和测量方法,为研究双拉一压应力状态以及在此应力状态下不同加载路径对m值的影响提供了必要的研究手段。从ZnAl_4Cu在不同背压下胀形实验结果可见,增大背压,可以显著提高胀形速度。     

Superplasticity and superplastic bulging behavior of ZrO<Subscript>2</Subscript>/Ni nanocomposite

ZrO2/Ni nanocomposite was produced by pulse electrodeposition and its superplastic properties were investigated by the tensile and bulging tests. The as-deposited nickel matrix has a narrow grain size distribution with a mean grain size of 45 nm. A maximum elongation of 605% was observed at 723 K and a strain rate of 1.67×10-3s-1 by tensile test. Superplastic bulging tests were subsequently performed using dies with diameters of 1 mm and 5 mm respectively based on the optimal superplastic forming temperature. The effects of forming temperature and gas pressure on bulging process were experimentally investigated. The results indicated that ZrO2/Ni nanocomposite samples can be readily bulged at 723 K with H/d value (defined as dome apex height over the die diameter) larger than 0.5, indicating that the nanocomposite has good bulging ability. SEM and TEM were used to examine the microstructure of the as-deposited and bulged samples. The observations showed that significant grain coarsening occurs during superplastic bulging, and the microstructure is found to depend on the forming temperature.     

超塑性本构关系的研究

研究了超塑变形过程中晶粒和孔洞的长大规律及其对变形中流动应力的影响，导出了只包含晶粒长大和同时包含晶粒长大和孔洞长大的超塑性本构关系。经研究发现，人们目前普遍采用的Ｂａｃｋｏｆｔｅｎ方程和Ｒｏｓｓｅｒｄ方程是本研究的特例。同时对其进行了验证，结果令人满意。     

空洞敏感材料超塑胀形过程的压力—时间曲线优化设计

压力－时间曲线在超塑胀形工艺参数的选择和工艺过程优化设计中至关重要。利用刚粘塑性有限元技术对含有细微空洞超塑性材料的胀形过程进行了数值模拟,并采用最大等效应变速率恒定的压力控制策略对胀形过程压力－时间曲线进行了优化设计。以半球壳和圆筒形零件为例,对自由胀形和充模胀形两种成形方式给出了压力－时间曲线设计实例,并对计算结果进行了讨论。本计算模型可推广至其他超塑性成形问题。     

FEM Analysis of Axisymmetrical Superplastic Piercing Process

In this paper, a superplastic constitutive equation is deduced under the condition of Mises's criterion, and on this basis an FEM fundamental equation for analyzing superplastic materials is derived. The FEM program of axisymmetrical superplaseic deformation SPF1 is set up. The problems of deformation in the axisymmetrical piercing process are analyzed with this program. Finally the deformation regularity of the superplastic hobbing of die cavitcs is analyzed, the result of which will be beneficial to the establishment of relevant process criteria.     

差温拉深/超塑性胀形复合工艺研究

对于高径比达1．0以上的深筒形件,采用普通拉深工艺,需要3个以上道次加工3套成形模具。而超塑性胀形又仅能保证成形深度不是很大时零件的成形质量。本文介绍了在微机控制超塑性胀形装置上采用差温拉深／超塑性胀形复合工艺成形深筒形件的研究过程,为成形高径比大的零件开辟了一条新路。     

Inconel718合金多层夹芯筒结构LBW/SPF技术研究

研究了超细晶Inconel718合金激光对接板高温塑性及多层夹芯筒结构的LBW/SPF成形技术。结果表明:垂直焊缝拉伸时最大延伸率发生在温度为950℃、应变速率为3.1×10-4s-1条件下,为400.6%,平行焊缝拉伸时最大延伸率发生在温度为965℃,应变速率为6.2×10-4s-1条件下,为164.0%。对接板在950～980℃相对胀形高度均高于1.0。通过设计直径可变的卡具以及采取点焊加固等措施,解决了多层夹芯结构的激光焊接难题。激光穿透焊参数:功率1 200 W,焊速1 200 mm/min,离焦量-1 mm,保护气体流量0.6 L/min,超塑成形参数:温度Tf=965℃,压力Pf=4.2 MPa,时间tf=130 min。采用LBW/SPF技术制造的多层夹心筒结构具有外观形状好、壁厚分布均匀、内部结构对称度高等优点。     

弹塑性损伤材料的三维本构描述

本文从现象学观点出发,在定义损伤材料有效应力及有效塑性应变的基础上,根据不可逆热力学基本原理,得到了等效虚拟弹塑性热力学状态的有效广义摩擦系数。从Gibbs自由能体系出发,推导出了弹塑性损伤材料的三维本构方程。在这一过程中,损伤对塑性内变量的贡献,通过其二阶张量定义,并由等效的Burger位错矢量的井矢表征。从而考虑了弹塑性与损伤的交互作用影响。此外,本文从热力学耗散机制出发,通过引进一个有效的广义摩擦力函数,获得了以耗散势表示的损伤演化方程,并且容易得到显式。最后,本文对给出的损伤本构方程及损伤演化方程进行了讨论,得到一系列有益的结果。     

OCr21Ni5Ti双相不锈钢超塑成形研究

在GLEEBLE1500热／力模拟实验机上首次对OCr21N6Ti双相不锈钢进行了超塑性能研究,并获得了良好的超塑性能,同时确定了其超塑性成形的最佳工艺参数将得出的最佳工艺参数应用于超塑性气压胀形工艺,在1000kN超塑性成形机上一次整体成形出了由OCr21N6Ti钢制造的一种带有侧凸的复杂零件     

广义Hoek Brown破坏准则平面应变问题的滑移线场理论

根据弹塑性力学平面应变问题的特点,推导广义Hoek-Brown破坏准则平面应变问题应力分量的双参数表达式。代入静力平衡微分方程,得到双曲型一阶拟线性偏微分方程组。运用行列式方法,在适当的变量代换后,获得应力偏微分方程组的特征方向和特征上的微分关系。特征方向表明塑性区中的共轭斜交剪切滑移面形成两族非正交滑移线,其共轭角随极限应力状态和Hoek—Brown岩体材料物性参数而变化。由于对称初始应力场条件下圆形硐室理想弹塑性围岩塑性区内最大主应力方向为环向,而滑移线切线方向与最大主应力方向的夹角是最小主应力（径向应力）的函数,结合圆形硐室理想弹塑性围岩的应力分布的分析解,获得滑移线的极坐标曲线所满足的微分方程,进而得到其极坐标曲线方程。     

双相钢HC420/780DP动态力学性能及其本构模型研究

在应变率分别为0.001、0.100、1.000、10.000、100.000 s^－1和200.000 s^－1的条件下,测试了双相钢HC420/780DP的高速拉伸性能,研究了其在不同应变率下的动态力学行为,得到了不同应变率下的真应力?真应变曲线,分析了其屈服强度、抗拉强度、流变应力以及断裂延伸率随应变率的变化规律。结果表明,随着应变率的升高,双相钢HC420/780DP的屈服强度、抗拉强度和流变应力均有所升高,断裂延伸率呈现先升高后降低的趋势。另外,基于Johnson?Cook本构模型,建立并修正了双相钢HC420/780DP与动态应变率相关的塑性本构模型,并验证了修正后的模型。结果表明,通过修正得到的本构模型与试验曲线拟合效果较好。     

变温粘弹性终态温度等效松弛模量曲线的确定

三维变温粘弹性本构方程已经建立，方程中终态温度等效松弛模量曲线G1(t）、G2（t)是计算中至关重要的反应材料性质的曲线．它们可由扭转、单向拉伸的外态温度等效松弛模量曲线确定．后两条曲线分别由相应一族变温的扭转、单向拉伸的松弛模量曲线确定．由于实验很难做出变温松弛曲线，因此，本文在文[1]的基础上给出了利用恒温下的扭转、单轴拉伸应力松弛实验曲线确定终态温度等效松弛模量曲线G1（t）、G2（t）、的方法．     

平面连杆机构等效力和等效质量数学模型

为了计算单自由度平面连杆机构等效动力学模型的等效力和等效质量,推导出便于应用的等效力和等效质量矩阵计算公式.将平面连杆机构看作为质点系和平面刚体系所组成的混合系统,以等效前后虚功相等推导出平面连杆机构等效力普遍表达式;以等效前后动能相等推导出平面连杆机构等效质量普遍表达式.该矩阵计算公式比现有计算公式使用更方便、更能体现出各参数的本构关系.并以一个曲柄滑块机构为例,说明该等效力普遍表达式和等效质量普遍表达式的使用情况.     

分离式复合土工膜鼓胀变形的膜布复合规律

分离式复合土工膜广泛应用于平原水库全库盘水平防渗工程中。为研究鼓胀变形及破坏时其中土工膜和土工布的作用规律，基于环向约束球形鼓胀变形模型，利用室内鼓胀变形试验和层状复合材料理论方法，分析了分离式复合土工膜（两布一膜250/0.4/250）的鼓胀变形及破坏特征、鼓胀压力和应力的膜布复合规律，并探讨了该规律的初步应用。结果表明：由于土工布的透水透气性，分离式复合土工膜发生鼓胀变形时，与压力介质接触的最下层土工布为鼓胀变形无效层，其上方的土工膜和土工布为鼓胀变形有效层；有效层中最上层土工布首先发生裂口型破坏，土工布破坏后土工膜也会瞬间破坏；分离式复合土工膜的鼓胀压力（含胀破压力）等于有效层土工膜和土工布的鼓胀压力之和，应力（含胀破应力）等于有效层土工膜和土工布的应力与其相应厚度百分比的乘积之和，胀破高度和胀破应变与单层土工布的近似相等；有效层土工膜/布材料本身的应力越大，所组成的复合材料应力也越大；有效层中某一材料厚度百分比越大，复合材料应力越接近该材料的应力值，且接近的快慢程度与有效层材料之间的应力差值大小成正比。对于不同规格、类型基础材料组合成的不同种分离式复合土工膜，研究结果有助于确定其鼓胀变形力学特性，并能为实际应用中的材料选型提供参考。     

冻融作用对混凝土跨海大桥桥墩稳定性影响研究

北方海域海水冻融作用对混凝土跨海大桥的安全稳定性具有重要的影响,针对该问题,通过室内冻融试验研究得出了青岛海湾大桥桥墩混凝土在冻融循环作用下的极限抗压强度及其峰值应变、极限抗拉强度、弹性模量等力学性能指标随不同冻融循环次数的衰退规律,并推导出混凝土冻融损伤本构方程.根据室内外试验的对比关系,得出了桥墩混凝土结构各力学性能指标随结构服役时间的退化规律及不同服役期内混凝土的冻融损伤本构方程.建立了青岛海湾大桥沧口段航道桥过渡墩基础的3维有限元模型,应用非线性理论对过渡墩基础进行了数值分析,得出了不同服役期内该混凝土过渡墩基础的最大应力与最大竖向位移的产生位置及其随时间的变化趋势,并分析了其安全性规律,得出了若干结论,可为工程前期设计及后期维修加固提供一定的参考依据.     

沥青混合料粘弹塑性本构关系及大变形有限元分析一般理论

应用Perzyna’s理论和Mises屈服准则建立沥青混合料粘弹塑性本构方程,并扩展到三维方程;应用Newton-Raphson迭代程序的逐步积分方法,获得了小变形粘弹塑性本构理论增量形式和有限元数值方程。基于小变形本构理论,把其应力应变、应力偏量和等效应力分别改用Cauchy应力的Jaumann导数、变形率、应力偏量和等效应力,推导出大变形粘弹塑性增量形式的本构方程和数值方程,建立了沥青混合料粘弹塑性理论体系。     

基于拉伸压破试验的人体升主动脉内膜力学特性

为获取人体升主动脉内膜力学性质,利用单轴拉伸系统,设计升主动脉内膜压破及拉伸试验方案,获取人体升主动脉内膜力学性质.研究结果表明:人体升主动脉内膜最大压破力与厚度正相关;内膜的周向与纵向的应力-应变均呈非线性曲线关系,并存在各向异性,升主动脉内膜的纵向最大拉伸断裂应力大于周向,初始弹性模量分别为1 104、787 k Pa.因此,在对主动脉内膜破裂风险评估及建立主动脉壁本构方程时应考虑厚度;在夹层、动脉瘤扩张初期,原发破口易沿纵向继续撕裂.     

等主应力比路径下砂土弹塑性本构关系的数值建模

按照数值建模理论,建立了砂土在等主应力比路径下的弹塑性本构模型,给出了塑性体应变和塑性剪应变两组屈服轨迹,模型的建立为工程提供了一个符合土体中实际发生的应力路径的本构方程.同时,通过与常规三轴压缩路径和等p路径(TC)下的应力应变关系曲面和屈服轨迹的对比,发现三者之间存在着显著差别,证实了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.     

基于混合物理论的饱和介质体应变本构模型

为了解决饱和多孔介质的建模问题,采用工程混合物理论建立了饱和多孔介质体积本构理论框架。首先,假定多孔固相与流相基质体积变形功相互独立,采用Terzaghi有效球应力、孔压和流体基质压力作为本构模型的应力状态变量,获得了固相、固相基质和流相基质体应变的余能表达式。其次,根据Lade和De Boer模型试验加卸载测试数据,建立了加卸载阶段饱和多孔白塞木立方体流固两相体积本构方程,推导了固相体积切线模量、Biot切线系数和流相Biot切线模量等力学参数计算公式。分析了加载阶段固相体积切线模量,Biot切线系数,流相Biot切线模量等力学参数随Terzaghi有效球应力和孔压变化规律。最后,根据本文体积本构模型和静力平衡方程建立了饱和多孔介质的一维固结方程,数值分析了饱和多孔白塞木立方体的固结特性,获得了固结度和沉降随时间变化曲线。研究表明,固相体积切线模量随Terzaghi有效球应力的增大而增大,随孔压 的增大而减小。Biot切线系数介于0.42~0.95之间,随Terzaghi有效球应力和孔压的增大而减小。流体Biot切线模量随Terzaghi有效球应力增大而先减小后增大,随孔压增大而减小。孔压切线系数在大多数情况下小于1.0。考虑固相基质变形时饱和多孔介质的初始孔压不等于外荷载,因此饱和多孔介质在外荷载作用下存在瞬时沉降。本文提出的建模方法可用于非线性饱和多孔介质的建模和数值分析工作。