弹塑性比例叠加的锥压入半解析模型与试验方法

基于能量密度等效,考虑圆锥压入(锥压入)过程中线性律纯弹性和幂律纯塑性的应变能比例叠加,提出了弹塑性应变能比例叠加的锥压入载荷-位移模型(Load vs. Displacement Model based on Proportional Superposition of elastoplastic-energy under conical indenting,LDM-PS),进而提出了获取材料Ramberg-Osgood律(R-O律)应力-应变关系的锥压入试验方法。针对80种设定材料,通过LDM-PS预测的载荷-位移曲线(正向预测)与有限元分析结果密切吻合,并且以有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)所得载荷-位移曲线作为试验模拟曲线,采用两种锥角圆锥压头分别对平滑材料表面进行两次单锥压入加载(双锥压入),可通过对双锥压入的两个载荷-位移曲线的加载阶段按抛物律(Kick律)回归可实现R-O律参数的求解。由LDM-PS预测的R-O律应力-应变关系曲线(反向预测)与FEA的条件关系曲线密切吻合;针对8种金属材料完成了双锥压入试验,通过锥压入试验新方法预测的应力...     

获取材料本构关系和硬度的压入法研究

依据锥形压入试验和弹塑性接触有限元分析,提出基于能量原理预测金属材料本构关系的CR-EMI方法。通过该方法揭示锥形压入能量比与表征应力之间存在线性律,提出通过压入曲线(P-h曲线)获取材料本构关系的关系式,根据Hollomon本构关系模型预测硬度的H-EMI方法。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析,验证CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。     

基于70.3°圆锥形压头的材料压入测试方法研究

依据压入理论和弹塑性接触有限元分析,提出了采用70.3°锥形压头完成压入测试并基于能量方法获取金属材料本构关系的方法(Constitutiverelationshipbasedonenergymethodofindentation,CR-EMI)。该方法揭示锥形压入能量比与Hollomon屈服应力之间存在线性律,结合该线性律和载荷P-位移h曲线实现了材料Hollomon模型参数求取;同时,提出采用Hollomon模型参数并基于能量方法预测布氏硬度的方法(HardnessbasedonEnergyMethodofIndentation,H-EMI)。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析,验证了CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。     

基于能量等效原理的金属材料硬度预测方法

硬度是一种广泛应用于材料科学与工程实际中的力学性能参数.基于能量等效原理,对于均匀连续、各向同性、应力-应变关系符合Hollomon律的金属材料,提出了一种获取布氏、洛氏硬度的半解析预测模型,已知材料的Hollomon律参数即可预测其布氏、洛氏硬度.使用少量有限元计算确定出预测模型的待定参数,再进行更广泛的有限元计算验...     

二维编织C/SiC复合材料非线性损伤本构模型与应用

基于二维编织C/SiC复合材料的基本力学性能试验, 建立了该材料的宏观正交各向异性非线性损伤本构模型。模型中以可检测的应变作为变量, 采用形式简单的函数分别描述了单轴拉伸和剪切加载下的材料损伤演变下的应力-应变关系, 以及卸载状态的刚度变化规律。同时, 考虑了材料的单边效应以及拉压应力状态转换时的损伤钝化行为。将此本构模型编写成UMAT子程序并引入ABAQUS有限元软件, 可以完整描述该材料的加载非线性和卸载线性的应力-应变关系特征, 及其加卸载历史。通过对带孔板的拉伸模拟, 孔边应变分布与试验结果吻合较好, 验证了本构模型的有效性。     

材料应力-应变的球形纳米压入法研究进展

应力-应变(σ-ε)关系是材料设计和开发的重要指标。单轴拉伸与压缩实验是获得材料应力-应变关系的重要手段,然而受限于尺寸要求,它们难以应用于微纳米尺度下的表征。基于深度敏感的仪器化纳米压入仪具有高的载荷和位移精度,被广泛应用于研究微纳尺度材料的力学性能,例如弹性模量、硬度、应变速率敏感指数与蠕变参数等。近年来国内外研究者开展了从纳米压入的载荷-位移(P-h)曲线中直接获取材料完整σ-ε关系的研究,其中球形压头具有平滑与非自相似应力应变场,得到了广泛关注。球形压入分析的难点在于被压材料处于三轴应力状态,不均匀的应力应变分布使得压入应力与压入应变难以直接测量。为简化分析,研究者们提出了诸多定义,例如不同的压入应变、代表性应力和代表性应变定义等。其分析方法也纷杂各异,根据实现过程可大致分为经验物理法以及模拟分析法两大类。在经验物理法中,通过定义压入区域内代表性应力与代表性应变,并分别将它们近似为单轴塑性流变的应力与应变,从而实现P-h曲线到σ-ε关系的转换。该种方法简单易行且得到广泛应用,但其结果依赖于上述代表性物理量的选取与定义,并对实验测量精度非常敏感。在模拟分析法中,研究者首先通过模拟计算不同本构方程,假想材料的压入P-h曲线,然后建立其与本构方程参数之间的函数关系,以实现从实验P-h结果到材料σ-ε关系的反演分析。可见建立准确的函数关系是该方法的核心,常用的方法有量纲分析和曲线拟合两类,然而目前函数的稳定性和适用性仍是限制其广泛应用的重要因素。近年来,基于计算机科学与技术的快速发展,研究者们通过引入新型算法以智能的方式筛选材料力学参数,实现预测结果与实验值的最佳匹配,这类方法展现出了具大的发展潜力。综上,本文分别从经验物理法和模拟分析法综述了应力-应变关系的球形压入方法的研究进展,对压入基本概念模型、物理量的定义以及方法的建立进行了系统介绍,并对比了各自的优势和不足,以期为微纳米尺度下的力学研究提供实验和应用参考。     

应变控制加载下砼本构关系的试验研究

本文采用应变控制加载方式对砼的应力应变全过程曲线进行试验研究，完成了砼试块在单轴拉伸、单轴压缩、双轴压缩及双轴拉压状态下的全过程曲线测试，克服了荷载控制方式下不能测取其下降段的缺陷。     

钢质管道弯曲破坏时材料曲线的确定试验

依据ASTM-A370-13规范,对API 5LX52无缝管道钢进行了单轴拉伸试验。得到了不同取样形式下拉伸试样的应力-应变关系曲线,据此分析拉伸试样取样形式对材料特性的影响规律。利用数值仿真软件ABAQUS,以得到的材料应力-应变关系曲线作为有限元计算输入曲线,对复杂荷载作用下X52管道全尺寸弯曲破坏试验进行数值模拟并与试验结果进行对比。结果表明:采用轴向圆棒试样对应的材料曲线得到的数值计算结果与试验结果吻合最好,该取样形式下的材料曲线可以更加准确地表达钢质管道弯曲破坏时的材料特性。     

泡沫镍力学性能的实验研究

本研究在室温下控制位移,先以5mm/min的位移速度对泡沫镍进行了单轴拉伸、压缩实验,然后在不同应变率情况下进行了一系列单轴拉伸实验,得到了相应的应力-应变曲线,讨论了材料的应变率相关性.结果表明在普通拉伸试验范围内(准静态),改变变形速度会影响应力-应变曲线,屈服应力、强度极限随变形速度增大而下降;单轴拉伸时,应力应变关系明显分为线弹性变形、塑性变形、线性硬化和破坏4个阶段;单轴压缩时,具备其他泡沫材料受压典型应力-应变曲线的3阶段特征,即明显的弹性变形段、屈服平台段和紧实段.     

平头压痕试验确定薄膜弹塑性参数的研究

本文研究用平头压痕试验确定薄膜-基体材料中薄膜材料弹塑性参数的可行性,重点研究了薄膜材料的屈服强度和硬化模量的确定方法.利用有限元(FEM)进行了模拟计算,给出了平头压痕下典型的等应力分布,以及载荷-压入深度的曲线.通过对载荷-压入深度曲线的研究,给出了通过平头压痕试验确定薄膜屈服强度和薄膜硬化模量的方法.