一个基于孔洞演化机制的韧性断裂预测模型

在韧性断裂中微观孔洞演化机制的基础上,提出了一个基于孔洞演化机制的非耦合型韧性断裂预测模型.模型充分考虑了两种典型的孔洞演化机制:孔洞的长大机制和孔洞的拉长扭转机制.该模型引入了三个具有不同物理意义的材料参数:材料对不同孔洞演化机制的敏感度、应力状态敏感度系数和材料的损伤阈值,并使用等效塑性应变增量表征其对韧性损伤累积过程的驱动作用.为了使模型可以更好地反映三维应力状态对材料韧性断裂性能的影响,将该模型从主应力空间转换到由应力三轴度、罗德参数和临界断裂应变构成的三维空间,得到了由模型确定的三维韧性断裂曲面,并研究了相关参数对三维韧性断裂曲面及平面应力二维韧性断裂曲线的影响.利用5083-O铝合金、TRIP690钢和Docol 600DL双相钢三个典型的轻质高强板材的韧性断裂数据验证了该模型对不同材料和不同应力状态的适用性和准确性.     

基于应力三轴度的TA18钛合金损伤失效研究

对TA18钛合金材料设计不同缺口尺寸的拉伸试样,进行不同应力状态下的室温拉伸试验及断口形貌观察,通过试验和数值计算结合的方法研究TA18钛合金的韧性断裂特性,分析了应力状态对微观断裂机制的影响规律.利用Bridgman正向计算法修正颈缩失稳后的应力数据,建立了TA18钛合金的Johnson-Cook(J-C)本构模型,...     

金属塑性成形中的韧性断裂微观机理及预测模型的研究进展

为实现汽车轻量化,同时保证其具有较好的碰撞安全性,高强度-质量比金属板材在汽车制造领域得到了广泛的应用.然而,在传统冲压成形过程中,上述板材（如先进高强钢、铝合金和镁合金等）会出现无明显缩颈的韧性断裂行为.特别是发生在纯剪切加载路径附近的剪切型韧性断裂行为超出了传统缩颈型成形极限图的预测范围.此外,在近些年来快速发展的单点渐进成形中,缩颈失稳被抑制,取而代之的则是无明显缩颈的韧性断裂.以上问题对基于缩颈失稳的传统成形极限分析方法提出了新的挑战,同时也限制了高强度-质量比金属板材的应用及其新型成形工艺的研发.为此,世界各国学者开始普遍关注金属材料韧性断裂预测模型的开发及其应用研究.本文首先从孔洞的演化行为方面出发,对金属韧性断裂的微观机理研究进行了介绍.随后重点评述了韧性断裂预测模型的研究进展和应用现状.最后,对韧性断裂研究的发展趋势进行了展望.本文可以为金属韧性断裂模型的选择、应用及其开发提供有益参考.     

基于元胞自动机的深部采矿岩体变形的演化模型

根据深部采矿岩体变形的离散性特征,运用元胞自动机建模方法构建深部采矿岩体的变形演化模型;利用元胞岩石的状态变化概率和元胞状态变化的影响系数,实现深部采矿岩体的动力学模拟.在演化模型的基础上,进行了模拟实验,且运用R/S分析法对结果进行分析,得到了以离散度作为岩体稳定性的标准.     

CAFE模型机理及应用

分析了CAFE法模拟凝固过程微观组织的物理本质、数值计算方法,并应用CAFE法模拟了易切削钢9SMn28的三维微观组织,优化了9SMn28的成分.在CAFE模型中,形核密度用高斯分布来描述;枝晶尖端生长动力学用KGT模型进行计算;枝晶生长的择优取向是<100>方向,并可实现枝晶生长的竞争机制;FE与CA耦合是通过FE节点和CA元胞之间的插值实现的.易切削钢9SMn28微观组织模拟结果与实验吻合较好,确定的碳、磷、锰、硅、硫的最佳质量分数分别为0.15%、0.10%、1.2%、0.08%、0.36%,并对优化结果进行了模拟,有效地改善了9SMn28的凝固组织.     

初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型

膏体充填料到达采场初始温度不同是矿山存在的普遍现象,不同初始温度条件下膏体力学特性及应力-应变关系直接影响到矿山采充周期及相邻采场开采时贫化指标.通过对初始温度为2、20、35和50℃的硬化膏体进行单轴抗压强度试验,获得不同初始温度下充填体应力-应变演化曲线.根据理论推导和试验结果,建立了不同初始温度下膏体损伤本构模型,通过本构模型参数回归,提出膏体温度-时间耦合损伤本构模型.最后,采用Comsol数值模拟软件,将温度-时间耦合损伤本构模型嵌入solid mechanics模块,对单轴抗压试验进行数值模拟,模拟应力-应变曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出本构模型的可靠性.     

U75V重轨钢BD2开坯过程有限元数值模拟和分析

通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件对重轨钢U75V(/%:0.70～0.78C、0.50～0.70Si、0.75～1.05Mn、≤0.025P、0.008～0.025S、0.04～0.08V)在BD2轧机于1 200℃开坯5道次轧制过程进行了数值模拟,分析了各道次稳定断面处等效应力、等效应变的分布情况。结果表明,轧件头部、腰部和底部随每道次的变化其应力、应变分布存在差异;稳定截面处轨头、轨腰和轨底各道次应力曲线的分析得出,轨头应力变化最大,最大值达64.8 MPa,提高重轨轨头的屈服强度有利于延长重轨寿命。     

循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性

为研究三轴循环加卸载条件下三山岛花岗岩细观能量演化规律,采用颗粒流理论确定了花岗岩的应力门槛值(起裂应力σci、损伤应力σcd和峰值强度σf),研究了应力门槛值对应的边界能、应变能(线性接触应变能和平行黏结应变能)、耗散能(摩擦能和阻尼能)、动能随围压变化的规律,并从能量角度建立了岩爆倾向性评价指标Wx.结果表明:三山岛花岗岩不同围压下相应的σci/σf位于37. 0%～44. 8%区间,σcd/σf位于81. 2%～89. 0%区间,随着围压的增大,起裂边界能、应变能和耗散能呈线性关系增加,损伤(峰值)边界能、应变能和耗散能呈指数关系增加;其中耗散能受围压影响最为敏感,增幅倍数最大,其次是边界能,最后为应变能.围压对起裂应变能比例影响不大,损伤和峰值应变能比例随围压增大缓慢减小,峰值应变能比例下降幅度最大.基于岩爆倾向性评价指标Wx可知,当围压在20 MPa内,三山岛花岗岩岩爆倾向性相对较小;当围压达到30 MPa时岩爆倾向性开始迅速增加.研究成果为岩爆倾向性的评价提供了新的参考指标,进一步为井下岩体工程的稳定性研究提供了新思路.     

循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性

为研究三轴循环加卸载条件下三山岛花岗岩细观能量演化规律, 采用颗粒流理论确定了花岗岩的应力门槛值(起裂应力σ_ci、损伤应力σ_cd和峰值强度σ_f), 研究了应力门槛值对应的边界能、应变能(线性接触应变能和平行黏结应变能)、耗散能(摩擦能和阻尼能)、动能随围压变化的规律, 并从能量角度建立了岩爆倾向性评价指标W_x. 结果表明: 三山岛花岗岩不同围压下相应的σ_ci/σ_f位于37.0%~44.8%区间, σ_cd/σ_f位于81.2%~89.0%区间, 随着围压的增大, 起裂边界能、应变能和耗散能呈线性关系增加, 损伤(峰值)边界能、应变能和耗散能呈指数关系增加; 其中耗散能受围压影响最为敏感, 增幅倍数最大, 其次是边界能, 最后为应变能. 围压对起裂应变能比例影响不大, 损伤和峰值应变能比例随围压增大缓慢减小, 峰值应变能比例下降幅度最大. 基于岩爆倾向性评价指标W_x可知, 当围压在20 MPa内, 三山岛花岗岩岩爆倾向性相对较小; 当围压达到30 MPa时岩爆倾向性开始迅速增加. 研究成果为岩爆倾向性的评价提供了新的参考指标, 进一步为井下岩体工程的稳定性研究提供了新思路.      

钢包底温度场和应力场数值模拟

钢包是连铸生产线上的重要设备，其内衬的热应力是影响钢包寿命的主要因素。本文运用有限单元法，对钢包底的温度场和应力场进行了数值模拟。计算结果表明，新包预热后仍处于吸热状态，经数次热循环后才达到“准稳态”；包底工作层应力值在预热完成后，钢水注入瞬时达到最大；包底工作层热面靠近包壁处的应力比靠近中心部位高，可在靠近包壁处增设保温装置降低该处应力。     

塑料模具钢镦粗过程内部空洞缺陷的有限元模拟

摘要：利用JmatPro软件模拟计算718类塑料模具钢（3Cr2MnNiMo）热物性参数。应用ABAQUS有限元模拟软件建立模具钢镦粗过程中孔洞模型,模拟不同压下率条件下孔洞的闭合规律。模拟结果表明：孔洞闭合分为开始闭合、闭合加速和闭合减速3个阶段;孔洞闭合的2个主要影响因素为孔洞表面等效应变εe、静水压力与等效应力之比σm/σe;随着孔洞所处位置不同,孔洞闭合度不同,根本原因为孔洞所处位置的等效应变不同。所得结果对于塑料模具钢实际锻造生产过程具有指导意义。     

Study of fatigue crack propagation behaviour for dual-phase X80 pipeline steel

Load-controlled fatigue tests were conducted on dual-phase X80 pipeline steel to investigate the effects of stress ratio (R-ratio) on the fatigue crack growth behaviour. Dual-phase X80 pipeline steel showed a non-linear relationship between fatigue crack growth rate (da/dN) and the stress intensity factor range (ΔK) at each R-ratio. Fatigue crack propagation curves of X80 pipeline steel were evaluated using the conventional Paris equation and a new exponential equation named αβ model. In addition, the electron back-scattered diffraction technique was used to study the effects of stress ratio on the fatigue crack growth behaviour. The results indicated that the corresponding ΔK of the transition point decreased with the increase of R-ratio. That was attributed to the variation of the crack path and the fracture mode because of the changes in the size of monotonic plastic zone and cyclic plastic zone at crack tip. Compared to the overall fitting, piecewise fitting by Paris equation and αβ model, piecewise fitting was the most accurate method, and αβ model is more convenient and efficient than the conventional Paris-based equations.     

新型钢包整体温度场和应力场三维数值模拟

针对新型300t钢包,采用三维有限元数值模拟的方法研究了包壳的整体温度场分布。重点研究了包壳外表面高度方向、桶体与包底连接环焊缝处的温度分布以及钢包一些辅助结构对包壳温度场的影响,从而掌握钢包包壳温度场的分布规律,为新型钢包的日常维护以及如何延长钢包的使用寿命等方面的工作提供一定的依据。     

ANSYS数值计算在紫金山金铜矿矿柱稳定性分析中的应用

主要阐述了ANSYS数值模拟方法在紫金山金铜矿采空区稳定性分析的过程,通过对ANSYS分析结果进行分析,客观地评价了紫金山金铜矿露天地下联合开采过程的采空区围岩稳定性。     

X80管线钢精炼过程夹杂物形成与演变

通过工业试验取样研究了X80管线钢精炼过程夹杂物的类型、尺寸、成分等变化规律,并结合FactSage8.1软件对钙处理和钢液冷却凝固过程夹杂物的演变机理进行了热力学计算分析.试验结果表明,LF精炼结束时夹杂物主要为MgO–Al₂O₃和MgO–Al₂O₃–CaO,数量占比分别为25%、75%,其尺寸主要分布在1～5μm之间,且1～2μm和2～5μm的夹杂物比例分别为56.0%、37.3%;RH精炼中T[O]、[N]质量分数分别由LF精炼结束时的0.0022%、0.0059%降低至0.0010%、0.0035%,夹杂物数量密度由LF结束约23.07 mm–2降低至7.44 mm–2,夹杂物去除率约67.8%;钙处理时,夹杂物主要为MgO–Al₂O₃–CaO和CaS–Al₂O₃–CaO系,夹杂物中CaS平均质量分数由RH精炼结束时的8%增加至36%,CaO平均质量分数由24%减少至12%;软吹结束时,尺寸<40μ...     

金属热变形时组织演化的有限元模拟及性能预报

提出了流变应力的描述方法,该方法考虑了热变形时组织演化的影响.在此基础上,提出了一种新的金属热变形时组织演化的模拟方法,并确定了组织演化模拟程序中一些关键性因素,还讨论了冷却过程中的组织变化和性能预报问题.对Q235低碳钢的双道次压缩过程的组织演化情况进行了模拟,并和实验结果进行了对比.     

线材控冷轧制热过程数学模型及其数值仿真

在详细分析钢坯出炉后热过程特点的基础上，建立了线材控冷轧制热过程教学模型，在验证数学模型正确可信的基础上，分析了各因素对控冷轧制过程的影响。所做工作对国内类生产线有重要的指导意义。