延性材料损伤演化及材料软化的孔洞尺寸影响

应用有限元方法，对延性材料孔洞型细观损伤演化进行探讨。考察具有相同初始孔洞体积分数fo、不同相对尺寸孔洞长大和对材料软化的影响。三种体胞分别为简单立方体胞、体心立方体胞以及非均匀孔洞群状分布体胞。体胞基体为Mises等向强化材料。采用大变形有限元方法，简单加载，应力三维度保持定值。分析结果发现，孔洞群状分布体胞模型所代表小尺寸孔洞的长大速度较慢，且在高应力状态下具有较强的承载力和较低的裂纹敏感性。     

微切削加工中材料微观结构效应的有限元分析

为了研究材料微观组织结构对微切削加工中尺寸效应的影响,建立了一种基于材料微结构特征的正交切削有限元模型,工件采用非均质材料模型。仿真结果表明：当材料微观组织结构一定时,不同的加工尺度下产生不同的切屑形态;当切削厚度从上百微米下降到几个微米时,切屑由连续状向准静态挤压状转换,切削厚度越接近最小金相颗粒的尺寸,挤压状切屑越明显;在应力分布图上可看出,加工中最大的应力不仅出现在刀刃周围,还出现在异相颗粒之间的晶界处,说明多相材料在微尺度加工下微观结构效应显著。     

多晶硅微电子机械构件材料强度尺寸效应研究

为了解构件尺寸的微型化给材料的强度带来的影响 ,利用纳米硬度计通过微悬臂梁的弯曲试验法来测量多晶硅微构件弯曲强度 ,利用电磁驱动微拉伸装置测试了抗拉强度。试验研究表明 ,多晶硅微构件的弯曲强度和抗拉强度表现出随构件尺寸的减小而增加的尺寸效应。统计分析表明 ,多晶硅微构件的平均弯曲强度为 ( 2 .885± 0 .40 8)GPa ,其平均抗拉强度为 ( 1.36± 0 .14 )GPa。研究结果为微机械构件的可靠性设计提供依据     

材料的应变率强化与磨削加工中的尺寸效应

根据对磨粒接触区材料应变、应变率的分析,以及剪切区热量分配的简化公式,考虑金属材料的应变率效应对磨削过程的影响,指出磨削中的尺寸效应在一定程度上与材料的应变率强化效应有关,认为尺寸效应是应变硬化、应变率强化所造成的热软化,以及材料缺陷等多种因素共同作用的结果,在某些条件下,应变率效应将起主要作用。磨削速度与未变形切屑厚度的乘积是决策 剪切变形机制的重要参数。该乘积值超过临界值,有可能形成失稳剪切。     

电沉积纳米晶材料摩擦学尺寸效应研究

采用脉冲电沉积法制备了不同晶粒尺寸的纳米晶镍材料,实现了纳米晶粒的有效可控。考察了晶粒尺寸对纳米晶镍材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:粗晶镍呈现严重的粘着磨损,随着晶粒的细化,硬度和强度的增加显著提高了镀层的抗塑性变形和抗粘着磨损的能力。电沉积镍具有明显的摩擦学尺寸效应,随着晶粒尺寸的减小,镍的磨损机制由粘着磨损逐渐转变为微磨粒磨损和氧化磨损,其摩擦因数逐渐降低,耐磨性显著增强。     

惯性效应对延性金属材料中孔洞长大行为的影响及敏感性分析

从能量守恒原理出发,得到考虑惯性效应的微孔洞增长方程,并以Gurson模型为基础,通过ABAQUS软件用户子程序VUMAT将微孔洞增长方程引入Gurson模型中,分析考虑惯性效应后的孔洞长大行为.结果表明,惯性效应抑制孔洞的长大,且随着加载速率的提高,这种抑制作用更加明最;惯性效应对材料的初始损伤和孔洞的分布密度十分敏...     

点云模型孔洞修补研究综述

点云数据采集技术的日趋成熟使点云模型广泛应用于多个领域,然而,由于多种因素的影响造成点云数据缺失,形成各类孔洞,点云模型孔洞缺陷的存在不仅影响点云模型显示效果,还给下游工作带来很大障碍。首先对点云模型孔洞的成因及类型进行归纳和分析;然后从散乱点云、网格模型和体数据三方面对现有点云模型孔洞修补方法的原理及其优缺点进行详细介绍;最后展望了点云模型孔洞修补技术的发展趋势及需要解决的难题,对后续该领域研究具有参考意义。     

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。     

基于微观孔洞型损伤的疲劳蠕变寿命预测方法

孔洞型损伤是延性金属材料一种常见的破坏形式.对于材料疲劳蠕变破坏过程,文中提出等效孔洞体积概念,从微观唯象角度出发,综合考虑疲劳蠕变对孔洞体积长大的影响,得到一种微孔洞型疲劳蠕变寿命预测模型.以此模型对1.25Cr0.5Mo钢540℃应力控制下疲劳蠕变寿命进行预测,结果显示该模型具有很好的适用性.     

无铅微互连焊点力学行为尺寸效应的试验及数值模拟

采用高精度微拉伸试验和有限元数值模拟方法研究不同微尺度的Sn-Ag-Cu无铅钎料模拟互连焊点力学行为和性能演变的尺寸效应。结果表明,当焊点高度恒定(225μm)而焊点直径逐渐减小(475～200μm)时,拉伸断裂强度显著提高且远高于体钎料的抗拉强度,断裂应变也逐渐增加;焊点的断裂位置及模式由较大直径时的界面低延性断裂转变为小直径时焊点中间部位的大变形颈缩断裂。模拟结果表明,由于焊点内力学拘束水平的不同,小直径焊点的界面应力较低且最大应力分布在焊点中间部分,易导致断裂发生在焊点中部,接头强度应较高;而大直径焊点中最大应力处于焊点界面,易导致界面金属间化合物层在较低外加应力下起裂,焊点断裂强度应较低。     

Influence of Material Properties Variation on Damage Evolution During Extrusion Processes

Traditional finite-element methods of the analysis and design of metal forming processes, generally neglect the physical intrinsic uncertainties of the various parameters involved, such as the material properties variation. This paper describes a finite-element model allowing for the calculation failure probability during a manufacturing process. The simulation can predict forming defects such as crack initiation and propagation. The main difficulty encountered in simulating the processes is describing the material degradation of the workpiece in a realistic way. In this case, choosing a behaviour law is crucial, since each successive step in the whole process has to be described accurately. The proposed model makes it possible, by application of a certain number of simulations, to optimise the production in order to avoid defects generated by crack initiation during the operation. ID="A1" Correspondence and offprint requests to: Dr R. Hambli, ISTIA-LASQUO, 62 Avenue Notre Dame du Lac, 49000 Angers, France. E-mail: rida.hambli@istia.univ-angers.fr     

基于有限元分析的材料力学试验研究

为了提高学生创新型试验研究能力,在常规材料力学试验中引入有限元分析手段,通过在ANSYS软件平台上的有限元数值分析,获取相应的应力、应变数据及变形图,为基于试验的理论研究奠定基础。以纯弯曲梁正应力分布试验为例,对常规电测法和有限元分析法进行比较分析表明,2种方法得到的试验结果一致。本文的研究为材料力学试验创新研究提供了一种有效的途径。     

粉料粒度对铜基含油轴承烧结后尺寸的影响

铜基含油轴承是一种自润滑减磨零件。它的特点是使用寿命长、噪音低,适用于精度要求更高,噪音要求更低的各类轻负荷微型电动机及其他机械。不同粒度的铜基粉料烧结的含油轴承外形尺寸有较明显的差异,如果对粒度区间加以严格控制,可使产品外形尺寸一致性得到有效控制,有利于产品合格率的提高。粉料粒度绝非越粗越好。在成份和工艺一定的情况下,粉料粒度越粗,烧结零件的强韧性就越差,同时为减小零件烧结后的收缩问题,在满足零件强度要求的前提下,适当加粗粉料粒度。     

Inverse Technique Identification of Material Damage Law with Experimental Validation

Advanced design in the case of metal forming processes requires knowledge of the damage law of the material used. Experimental identification of the damage law parameters requires suitable tests. The aim of this study is to develop and implement into a finite-element (FE) code (ABAQUS/Standard) a numerical algorithm allowing for the identification of Lemaitre damage law parameters by the inverse technique. The constants of the damage law are currently obtained by performing several complicated and sometimes costly experiments. The physical damage parameters are obtained in such a way that the FE predicted curve will fit the experimental plot deduced from a tensile material test. The material constants values were validated by comparing numerical results with the experimental results identified by a series of tensile tests performed on the same specimen.     

Dynamic identification of a reinforced concrete damaged bridge

The results of a series of harmonically forced tests carried out on a reinforced concrete single-span bridge subjected to increasing levels of damage are interpreted in this paper. The deck structure of the bridge consists of a slab and three simply supported beams. The damage is represented by a series of notches made on a lateral beam to simulate the effect of incremental concentrated damage. The variation of lower natural frequencies shows an anomalous increase in the transition from one intermediate damage configuration to the next ones. Vibration mode shapes show an appreciable asymmetry in the reference configuration, despite the nominal symmetry of the bridge. A justification of this unexpected dynamic behavior is presented in this paper. The analysis is based on progressive identification of an accurate finite element model of the reference configuration and on reconstruction of damage evolution from natural frequency and vibration mode measurements. Changes in modal curvature of the first two vibration modes evaluated along the main beams are successfully used to identify the location of the damage.     

基于GTN模型的冷轧硅钢边部裂纹扩展研究

针对硅钢板容易在冷轧过程中形成边部裂纹,使用Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)微观损伤模型对带有边部微小缺口的硅钢板在冷轧过程中损伤分布以及裂纹的萌生和扩展进行研究。通过拉伸试验和扫描电镜观察分析得到材料的损伤参数f0、fc和fF,进而通过有限元软件ABAQUS模拟得到各轧制工艺参数对缺口尖端区域损伤分布及微裂纹萌生与扩展的影响,仿真与试验结果表明,在缺口尖端形成两条损伤带,最大损伤值随着压下率的增大而增大,同时裂纹长度随着压下率的增大而迅速增加;当工作辊半径较小时更加容易出现裂纹;沿着轧制方向缺口前侧的比后侧更容易产生裂纹,两侧的裂纹长度都随着摩擦因数的增大而增大;裂纹长度会随着张力的增大而明显增大。研究结果为轧制工艺参数的选择提供理论依据和参考。     

基于Lamb波的复合材料板二维损伤定位技术研究

提出一种检测结构二维损伤十字交叉定位的方法,利用Morlet小波变换技术,研究了复合材料层合板结构的损伤振动检测问题。根据绘制出的频散曲线,选择合适的激励频率和周期。通过传感器采集到的结构动态响应信号,判断Lamb波在无损结构中的飞行时间(ToF)和实际群速度;然后根据损伤飞行时间和Lamb波实际群速度,计算损伤的横纵坐标值,对损伤进行象限判断,消除损伤位置判断误差。结果表明,计算损伤位置和实际损伤位置相对误差在1%左右,该方法得到的位置信息是可靠的。     

一种估计管材硬化模型参数的方法

管材力学性能参数的准确性是影响管材塑性成形有限元数值模拟质量的关键因素之一。单向拉伸试验的试件取自滚弯和焊接等制管工序之前的平板坯料 ,所测应力—应变关系无法真实描述管材的塑性变形行为。单向拉伸试验也不能精确反映管材在实际塑性成形中所处的复杂应力状态。基于各向同性硬化假设 ,本文提出了一种轴压胀形、单向压缩试验和数据拟合技术相结合的估计管材硬化模型参数的方法。有限元数值模拟结果显示 ,由这种方法所估计出的管材硬化模型参数是相当准确的。