多轴比例加载下镍基合金GH4169试件的弹塑性有限元分析

对薄壁管进行多轴恒幅比例加载疲劳试验,并运用弹塑性有限元法对该加载条件下的薄壁管进行分析和计算,材料弹塑性特性由von Mises屈服准则和多线性随动硬化准则描述.结果表明,用有限元法计算的试件应力应变值与试验结果吻合.最后,用此方法对缺口件危险点处应力应变状态进行分析.     

高温拉扭比例与非比例加载下循环特性研究

针对拉扭薄壁管疲劳试样,在控制应变拉扭循环加载下对高温合金材料GH4169的循环特性进行试验研究.分别测试和研究比例与非比例拉扭加载下拉与扭的应力响应值随循环数的变化关系.研究结果表明,低周拉扭疲劳加载下,拉与扭应力响应的硬化与软化特性取决于应变加载路径和加载参数.     

变幅单/多轴混合加载下GH4169光滑件的弹塑性有限元分析

对承受变幅单轴和变幅非比例多轴加载的镍基合金GH4169光滑薄壁管进行了有限元分析。使用ANSYS有限元分析软件进行有限元建模,采用Von Mises屈服准则和多线性随动强化准则来描述变幅弹塑性特性。结合三角波加载,在柱坐标系下对试样一端加载轴向位移和周向位移来实现拉扭应变加载。通过对光滑薄壁管件的有限元分析结果与试验结果进行比较,说明此方法对变幅单多轴加载弹塑性分析的正确性和实用性。     

多轴随机应变加载下铝合金缺口件有限元分析及寿命预测

在应变控制下对7075-T7451铝合金实心棒带U型环状缺口试件进行拉—扭比例、非比例恒幅和随机加载疲劳试验。查明名义剪切应力最大值与轴向应力最大值的下降规律,并用两者最先开始下降时的循环数比值来评估裂纹萌生寿命。利用弹塑性有限元法分析不同加载条件下试件缺口根部的循环应力、应变响应。基于有限元计算得到的应力、应变结果,采用拉伸型多轴疲劳损伤模型预测随机加载条件下缺口试件的疲劳裂纹萌生寿命,计算结果与试验得到的寿命比较吻合。     

高温比例与非比例加载下多轴疲劳寿命预测

针对拉扭多轴疲劳加载情况,分析最大剪切平面上的应变特性。利用临界损伤平面原理确定不同加载参数下的临界损伤平面,在此基础上提出一种基于单轴疲劳材料常数和高温蠕变特性的高温多轴疲劳寿命预测模型。利用高温合金材料GH4169薄壁管疲劳试样在控制应变拉扭循环加载下的试验数据,对所提出的寿命模型进行验证。结果表明,在高温低周拉扭循环加载下,所提出的高温疲劳寿命预测模型可以较好地预测高温疲劳寿命。     

非比例载荷下缺口件疲劳寿命有限元分析

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢V型缺口件进行一系列非比例低周疲劳试验。试验结果表明,除圆路径外,各路径下裂纹萌生寿命占总寿命的60%~77%,与先前文献相比较,其分散性较小。采用ANSYS软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用Von Mises屈服准则、多线性随动硬化律和单轴循环应力应变曲线来描述。使用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟结果表明,各路径下缺口根部均产生了明显的应力集中,第一主应变、等效应变的最大值均发生在缺口根部。基于模拟得到的缺口根部的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper(SWT)方法进行疲劳寿命预测,除针对单轴路径预测结果偏低外,大部分预测结果位于2倍分散带内。     

合金GH4169的高温多轴疲劳特性与蠕变行为研究

以薄壁管试样为研究对象,在高温下进行拉扭组合的比例与非比例循环加载,对GH4169镍基合金材料的循环硬化软化特性、塑性应变特征以及蠕变行为进行分析.研究结果表明,高温下GH4169材料的循环硬化软化与等效应变幅值、温度、应变加载路径和加载频率相关,在无保持时间的高温疲劳试验中仍然存在蠕变现象.微观结构分析显示在等效应变为0.8%的试件断口中有混合断裂特征,说明材料承受着疲劳和蠕变共同作用.     

多轴载荷下弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

在550℃温度下,针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行一系列多轴疲劳试验,定义主应变比用于考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响。采用Ansys软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述。采用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟得到的应力应变曲线与试验结果对比分析表明,模拟得到的正应力值与试验值总体平均误差为5%。基于模拟得到的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper和Fatemi-Socie法进行疲劳寿命预测。     

多轴载荷下弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

在550℃温度下,针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行一系列多轴疲劳试验,定义主应变比用于考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响。采用Ansys软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述。采用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟得到的应力应变曲线与试验结果对比分析表明,模拟得到的正应力值与试验值总体平均误差为5%。基于模拟得到的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper和Fatemi-Socie法进行疲劳寿命预测。     

基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法

提出预测缺口构件疲劳寿命的多轴局部应力应变法.采用Armstrong-Frederick (A-F)类循环塑性理论,描述具有非Masing特性的16MnR材料的循环塑性行为.结合A-F类循环塑性模型和增量式Neuber法,分析比例和非比例加载下缺口根部处的多轴应力应变状态.将局部应力应变应用于基于临界面的多轴疲劳损伤模型,对缺口构件进行疲劳损伤分析和疲劳寿命预测.分析结果表明,基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法,能很好地描述缺口根部处的多轴应力应变状态,疲劳寿命的预测结果与试验数据基本吻合.     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。     

多晶体材料微结构循环弹塑性性质的数值统计分析

应用宏，微观相结合的分析观点，在概率计算几何方法基础上构造材料微结构的几何网络，均匀随机投放各晶粒的材料主轴方向，从而形成计算微观力学分析模型。用多域弹塑性边界元方法计算材料微结构的循环应力应变响应，对多晶体的循环硬化量，循环屈服应力增量，Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应进行数值统计分析，获得了其变化规律。     

16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟

采用3.8 mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展。开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率。将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果。实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响。     

Evaluation method of multiaxial low cycle fatigue life for cubic single crystal material

The coupling effect of normal stress and shear stress on orthotropic materials happens when applied loading deflects from the directions of the principal axes of the material coordinate system. By taking account of the coupling effects, formulas of equivalent stress and strain for cubic single crystal materials are cited. Using the equivalent strain and equivalent stress for such material and a variable k, which is introduced to express the effect of asymmetrical cyclic loading on fatigue life, a low cycle fatigue (LCF) life prediction model for such material in multiaxial stress starts is proposed. On the basis of the yield criterion and constitutive model of cubic single crystal materials, a subroutine to calculate the thermo elastic-plastic stress-strain of the material on an ANSYS platform was developed. The cyclic stress-strain of DD3 notched specimens under asymmetrical loading at 680°C was analyzed. Low cycle fatigue test data of the single crystal nickel-based superalloy are used to fit the different parameters of the power law with multiple linear regression analysis. The equivalent stress and strain for a cubic single crystal material as failure parameters have the largest correlation coefficient. A power law exists between k and the failure cycle. The model was validated with LCF test data of CMSX-2 and DD3 single crystal nickel-based superalloys. All the test data fall into the factor of 2.5 for CMSX-2 hollow cylinder specimens and 2.0 scatter band for DD3 notched specimens, respectively.     

循环压载下缺口旁疲劳裂纹扩展

对承受循环压载的缺口试件的疲劳问题进行了试验和理论研究。结果表明，疲劳裂纹是在残余拉应力和循环压应力作用下萌生和扩展的，压塑性变形是裂纹萌生和扩展和扩展的必要条件。循环压载下仍存在着裂纹张开和裂纹闭合，其机理与拉伸循环下不同。以试验中采用的ＬＹ１２ＣＡ材料边缺口试件为例，提出了考虑裂纹闭合效应的扩展率计算模型，结果与试验吻合得较好。     

切口试样破坏过程试验与细观数值分析

对切口圆棒试样与切口板试样进行单向拉伸试验和有限元数值分析，以试样最小横截面上各点变化的应力应变场为体胞演化的载荷控制条件，采用三维含球形微孔洞体胞模型分别对各点微孔洞长大规律进行数值模拟。结果表明，在试样得到的断口韧性区域内，微孔洞的生长速度较快；试样失稳前微孔洞相对体积百分数最大的区域与试验时试样的起裂位置一致，因而证实微孔洞的演化是导致试样材料在拉伸条件下破坏的主要原因，同时也证实体胞模型用于局部破坏分析的有效性。     

STRESS-STRAIN FINITE ELEMENT ANALYSIS AND FATIGUE LIFE PREDICTION FOR BOLTED CONNECTIONS

0INTRODUCTION*Bolted connections are commonly found in machines and structures. Since fatigue of bolts is the principal failure mode of the bolted joints under cyclic loading，a reliable fatigue prediction methodology is necessary for the durability of the bolted joints.For a long time，some approximate methods have been used in the fatigue analysis for bolted joints，but the methods may sometimes overestimate or underestimate fatigue limits for bolts. This is because that the approximate…