低应力三轴度下孔洞行为的有限元研究

基于有限元计算研究了低应力三轴度下,三维孔洞体胞模型的应力应变分布规律和变化趋势,分析了孔洞和基体体积的变化规律,指出用孔洞体积分数表征材料损伤的理论在低应力三轴度下的应用存在局限性。引入断裂应变作为单元失效判据,通过比较单轴拉伸试验和模拟结果,验证了其在材料失效模拟中的可靠性。最后将断裂应变应用到有限元模拟中获得不同应力三轴度下基体失效时的临界等效塑性应变,以临界等效塑性应变为表征参量研究孔洞变形规律和材料的失效行为。     

包含颈缩失稳的中厚钢板应力应变关系

为弥补传统引伸计在颈缩区域测量方面的不足,提出一种基于三维数字图像相关(3D-DIC)技术的截面分析方法。以轧制方向为0°的QStE700中厚钢板为研究对象,采用截面分析方法获得单向拉伸过程中截面几何形貌及面积,确定颈缩失稳发生时刻,并分析包含颈缩失稳的应力-应变演化过程及截面积变化规律。利用改进的Bridgeman方程对颈缩失稳后的真实应力-应变曲线进行校正,获得包含颈缩失稳的中厚钢板等效应力-应变曲线。分别以传统的幂指硬化曲线和改进的等效应力-应变曲线为本构模型,建立中厚钢板单向拉伸有限元仿真模型,获得截面积随时间变化曲线及载荷与位移关系曲线。结果表明,以改进的等效应力-应变曲线为本构模型的仿真结果与试验结果吻合较好,验证了基于3D-DIC技术的截面分析方法的正确性。此方法可用于描述包含颈缩失稳的整个拉伸过程。     

6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度关系研究

研究材料断裂应变与应力三轴度的关系,从而建立其断裂失效模型,对分析6061-T6铝合金断裂失效过程具有重要理论意义和应用价值。分别借助数字图像相关(DIC)测量技术和Abaqus软件对6061-T6铝合金光滑圆棒试件与缺口圆棒试件准静态拉伸过程进行试验和数值模拟,基于所得结果对后者应力三轴度进行分析和修正,从而得到Johnson-Cook(J-C)失效模型的部分材料参数,并建立了6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到Abaqus中进行断裂数值模拟,模拟结果与试验结果基本一致,验证了失效模型的正确性。研究表明:6061-T6铝合金的断裂应变随应力三轴度的增加而减小;采用J-C失效模型可以较好的描述6061-T6铝合金在不同应力三轴度下的断裂失效行为。     

基于CCD的三轴转台轴线相交度测量

在三轴转台的转轴截面上设置特征点,利用CCD图像传感器跟踪特征点的运动轨迹,通过数字图像处理技术可测的该截面的回转中心.连接任意两截面的回转中心可得到转轴的回转轴线.根据相交度误差的特点建立转轴之间的相对位置关系,进而测量出三轴相交度.该测量方法不存在安装及偏心误差,原理简单,测量精度高.     

基于小尺寸材料试验与有限元分析的耦合方法获取材料力学性能

采用T-F(Tests and finite element analysis)方法,通过小尺寸圆环试样单轴压缩试验,引入单轴本构关系模型进行有限元迭代计算使得模拟计算的试样变形与圆环试样压缩实验结果满足一致性,进而得到材料单轴弹塑性本构关系参数。研究表明,对不同厚度的304不锈钢圆环,应用T-F方法获得的材料本构关系与单轴拉伸试验结果吻合较好。基于小尺寸材料的T-F方法在获取小尺寸构件的力学性能方面有良好的工程应用前景。     

基于分层制造和三轴铣削的叶轮原型制造

针对叶轮原型的低成本快速制作需要,研究了利用分层制造与三轴数控铣削相结合的分层铣削工艺制作叶轮原型的方法.实验结果表明,该方法在没有专用夹具的条件下,仅利用三轴数控铣床就能够经济快速地制作叶轮原型.     

韧性材料断裂形式与J准则存在的问题

受材料特性不同与应力状态形式不同的影响,韧性材料可发生准解理断裂、孔洞正拉断、孔洞剪断和无孔洞影响的剪断等多种断裂形式,不同的断裂形式,材料中危险点位置与宏观断裂面方向则不同,相应的细观断裂机理、宏观断裂条件也有区分.J-积分理论没有区分材料不同断裂形式,将其用于金属材料一些复合型断裂试验结果时有较大误差.利用细观力学对材料断裂机理的分析,结合几种金属材料在不同应力状态下的断裂试验结果,对J准则存在的基本问题进行讨论,并对材料不同断裂形式的主要影响因素进行分析.     

韧性材料的几种断裂形式及判据讨论

考察几种韧性材料的复合型断裂试验过程，用传统强度理论思想认定启裂位置与启裂方向，通过对不同物理机制的断裂形式变化规律的研究，判定韧性材料的主要断裂形式有三类，以空穴成核、扩张、聚合为主导机制的正拉断，和以局部剪切带形成、发展为主导机制的两种不同类型的剪切断裂。局部大塑性变形的出现在材料内引起损伤，空穴的聚合或局部剪切带的出现仅发生在载荷达到某一临界值时。导致材料断裂发生的根本因素，是危险点上某应力参数达到了材料的断裂临界值，以此对不同断裂形式的断裂判据进行讨论，提出新的韧性断裂判据。     

基于示波冲击实验材料动态断裂韧度测试技术的研究

采用预裂纹Charpy冲击试样,基于示波冲击试验建立了测试材料动态断裂韧度的试验方法。与以往预裂纹试样动态应力强度因子的计算方法不同,采用Timoshenko梁理论,提出了一种简单方法来计算三点弯曲试样的刚度K(a),由此建立了三点弯曲试样动态应力强度因子的计算方法,通过实验测得启裂时间,从而确定动态断裂韧度。采用有限元方法对试样动态应力强度因子的理论计算方法进行了验证。结果表明,建立的计算方法准确、可靠,避免了复杂的数值计算,便于工程应用。     

铝锂合金热变形穿晶韧性断裂原因分析

采用Gleeble-1500热／力模拟试验机，对铸态1420铝锂合金在变形温度为350℃-450℃、应变速率为0．01s^-1-10.0s^-1的条件下，进行高温拉伸热模拟实验研究。利用扫描电镜，能谱分析、X射线衍射以及金相实验等手段对该合金的热变形穿晶韧性断裂进行分析。结果表明，Al3Fe相的存在是引起1420铝锂合金热变形穿晶韧性断裂的根本原因。     

基C形试样炉管高温断裂韧度试验及应用研究

为说明C形试样试验值最能反映炉管的高温断裂韧度,分析服役炉管的合成应力及取样方法.讨论应用带陶瓷标杆的高温引伸计测量裂纹张开位移遇到的困难及存在的测量误差,设计带特定槽口的C形试样,并推导柔度法修正系数M.在实例试验中,根据试样槽口的几何参数和修正系数计算式,编写程序并计算,得到裂纹张开位移与修正系数关系曲线(V-M)...     

惯性效应对延性金属中微孔洞动态演化过程的影响及破坏分析

利用Abaqus提供的用户材料本构接口,将Gurson模型用UMAT(user defined material subroutine)和VUMAT(vectorized user defined material subroutine)分别实现。其中UMAT适用于Abaqus中的Standard计算模块,忽略惯性效应,而VUMAT适用于Abaqus中的Explicit计算模块,包含惯性效应。通过对二者的计算结果进行对比分析,考察惯性效应对孔洞长大的作用与影响。结果表明:(1)惯性效应对加载速率非常敏感,随着加载速率的提高,惯性效应先是抑制,继而促进孔洞的长大。(2)存在一个临界应变率,在临界应变率时,惯性效应不抑制也不促进孔洞的长大,对LY12CZ铝合金,临界应变率大约在1 740 s-1。(3)从惯性效应的角度,不但可以解释高应变率下断裂应变随应变率的增加而增大的现象,而且也能解释超高应变率条件下铝合金表现出的脆性特征。     

基于显微组织的多层焊接接头断裂韧性试验研究

对NiCrMoV钢多层焊接接头进行了准静态断裂性能试验,试验中发现埋弧焊焊缝断裂韧性J值分散性较大。根据焊接试样韧性断裂和脆性断裂的情况,分组拟合J-R阻力曲线和计算有pop-in效应的尺寸敏感断裂韧度Jc(25)值。分别对呈现韧断和脆断的多层焊接试样断口的启裂部分进行扫描电镜分析,发现多层焊接焊缝的断裂韧性与试样预制裂纹尖端在焊缝接头中的位置有很大关系。对多层焊接接头各组织的成因以及对断裂韧性的影响进行了分析和研究,可知多层焊缝的粗大柱状晶、再结晶粗晶和再结晶细晶区交替存在的复杂组织是焊接接头断裂韧性分散性大的根本原因。     

韧性材料复合型断裂启裂点与开裂方向的讨论

参照多种材料常规断裂结果的宏观分析，通过研究LY12材料在不同复合比载荷下的断裂试验结果，修正了一般断裂试验中认定裂纹启裂方向的方法，结合不同复合比下裂尖附近应力三维度场、主应力方向的计算分析，得到：在裂端的钝化变形区域、应力三维度的极大值处，对应于裂纹的启裂位置，即使韧性材料II型裂纹发生剪切断裂的情况下也是如此、裂纹的启裂方向在拉伸断裂时与启裂点最大拉应力方向有关，在翦切断裂时与启裂点最大剪应力方向有关。     

准脆性金属材料的Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹扩展速率预测

基于断裂与损伤力学方法,将裂纹的开裂和疲劳扩展两个过程结合起来考虑,研究准脆性金属材料内Ⅰ-Ⅱ 混合型裂纹起裂后稳定扩展速率的预测问题.由于裂纹空间分布的复杂性及数学上的困难,将该裂纹简化为二维裂纹.首先分析裂尖构成,判定该裂纹的进一步扩展即分支裂纹的扩展问题,将Ⅰ、Ⅱ混合型裂纹等价地处理为起裂方向上的当量Ⅰ型裂纹;其次在断裂损伤耦合的基础上,对损伤(硬化)区的边界进行探讨;最后在损伤力学框架下,对该裂纹的扩展速率进行分析,初步导出一个Paris型的裂纹扩展速率公式.研究结论与有关文献及工程实际相吻合.在裂纹起裂和疲劳寿命预测研究方面具有一定的理论价值.