核级管道不锈钢316LN的低周疲劳特性研究

在室温下,对核级管道不锈钢材料316LN试样进行了不同应变幅的低周疲劳试验研究,得到了316LN试样的循环应力-应变响应特征及低周疲劳寿命曲线。基于疲劳过程中、不同应变幅水平下,循环应力-应变迟滞回线的试验结果,分析了应力峰值、谷值和循环弹性模量随疲劳循环数的变化规律,研究了316LN试样的疲劳特性和疲劳寿命曲线特征,并与ASME疲劳设计曲线进行了对比。试验结果表明,试样初始循环表现出循环硬化,随后表现出循环软化直至失效;初始前10%疲劳寿命期内循环弹性模量缓慢下降,然后几乎保持不变,在达到80%～90%寿命后开始下降; Basquin和Manson-Coffin公式可以很好地描述0. 2%～0. 7%应变幅范围内的应变-疲劳寿命曲线。     

动力扰动下含填充物的砂岩试件力学特性研究

研究了冲击荷载条件下,裂隙中含不同配比的填充物对裂隙岩体动力学性能的影响。将土与标准砂配成的泥砂浆注入含预制裂隙的砂岩试件中,使用SHPB施加冲击荷载来获取试验数据。通过分析应力应变曲线的变化规律、岩石强度变化及破坏模式与岩石吸能特性变化等发现:填充物强度和黏聚力均对含贯通裂隙岩石的峰值应力有影响;当两种作用共同影响试样时,对试样动态弹性模量有明显提升效果;当填充物中土与砂共同存在时,砂的含量越高,耗散能越低;在一定范围内,填充物中含砂量越低,横向次生裂纹越多,试样最终破坏越严重。     

激光修复TC4钛合金材料动态力学性能

本文针对激光修复TC4钛合金和商用TC4钛合金基材两种试验材料,利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,在室温下对两种材料进行动态压缩试验,得到了两种试样材料的真实应力-应变曲线。结果表明:SHPB试验后,两种试样都有明显的墩粗,并且部分试样破碎;两种试样材料都具有明显的应变率强化效应;另外,通过对比分析两种材料相同应变率下的应力-应变曲线,发现激光修复TC4钛合金的动态力学性能略优于商用TC4钛合金基材。     

激光3D打印制备多孔结构不锈钢的组织及压缩性能研究

采用316L不锈钢粉末基于激光3D打印技术(Laser 3D printing,L3DP)制备多孔结构试样与致密试样,研究其微观组织结构及压缩性能。首先对两种试样进行显微组织分析及显微硬度测量;随后进行压缩试验,获得两种试样工程应力-应变曲线并比较其压缩性能;最后利用有限元数值模拟动态再现两种试样的压缩过程,分析变形过程中金属流动与宏观工程应力-应变曲线的内在联系。结果表明:L3DP成型多孔结构不锈钢部件内部组织具有典型的层带结构,主要由沿不同方向生长的柱状晶构成,晶粒尺寸由中心白亮组织向外逐层递增,各层带成分分布均匀且显微硬度在170~190 HV之间变化;L3DP成型多孔不锈钢部件的屈服强度为380 MPa,压缩弹性模量为23.0 GPa,具有良好强塑性匹配;压缩仿真试验显示多孔结构部件内部孔隙在应力作用下逐渐弯曲,最终由流动金属压合填充,由此导致整体空间体积减小,所以相同工程应力下多孔结构部件的工程应变较大。     

6063铝合金在冲击载荷下的尺寸效应及数值模拟

采用霍普金森压杆(SHPB)在不同冲击压力下对不同尺寸的6063铝合金圆柱试样进行压缩实验。结果表明：在相同压力冲击下,材料的应变率随着试样高径比和横截面的增大而减小。不同尺寸试样在相同的应变率下得到的应力-应变曲线基本吻合。尺寸(直径×高度)为φ8mm×4mm与φ8mm×5mm的试样能获得较广的应变率响应范围。采用ABAQUS有限元软件对铝合金的SHPB动态冲击实验进行了数值模拟,通过二波法计算得到的应力-应变曲线与拟合结果及实验结果吻合较好。     

α+β两相区压缩变形后TC21合金的显微组织模拟

使用Gleeble-3500型热模拟试验机对轧制态TC21合金在α+β两相区进行压缩变形试验,研究了合金在不同热变形温度(870～960℃)、不同应变速率(0.001～1 s-1)条件下的组织和流变应力曲线,建立了流变应力本构方程和动态再结晶位错密度模型,并进行了显微组织模拟及验证.结果表明:合金的流变应力曲线呈现的软...     

316LN不锈钢低速率应变下的热变形行为

目前, 对316LN不锈钢在低速率应变下的热变形行为研究很少. 本文选用工业316LN不锈钢, 通过Gleeble-3800热模拟试验机进行了600-1 100 ℃温度下, 应变速率为3×10-3 s-1的热压缩试验, 得到了真应力-应变曲线. 通过分析真应力-应变曲线和试样的微观组织, 得到了如下结论: 1 000 ℃和稍高温度是适于低速率应变下316LN不锈钢加工的温度.     

选区激光熔化制备不同孔结构不锈钢冲击性能仿真分析

采用316L不锈钢粉末基于选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)制备压缩试样,观测其宏观组织形貌,随后进行压缩实验,获得工程应力-应变曲线及材料参数;利用ABAQUS/STANDARD有限元分析模块模拟试样压缩过程,得出仿真工程应力-应变曲线,将其与实验工程应力-应变曲线比较,验证材料参数设置准确性;最后构建规则栅格孔结构模型与交错栅格孔结构模型,利用ABAQUS/EXPLICIT有限元分析模块模拟落体冲击实验与摆锤冲击实验。结果表明:相同宏观体积条件下,基于SLM制备交错栅格孔结构不锈钢材料在落体冲击实验中对冲击能的消耗高于规则栅格孔结构部件,而在摆锤冲击实验中冲击性能差异不显著。     

应变速率对镁合金压缩变形性能的影响

采用圆柱形试样等温（573K）压缩试验方法对不同应变速率下AM60B镁合金压缩变形行为进行了研究,采用数理统计方法建立了573K时AM60B镁合金不同应变速率下塑性变形的本构模型。结果表明：AM60B镁合金的流变应力随着应变速率的升高而增大,塑性变形率随着应变速率的升高而降低;建立的本构模型能充分反映不同应变速率对其塑性变形过程的影响规律。     

三向应力度对船用钢三明治板激光焊焊接接头等效断裂应变的影响

为使船用钢CCS-B三明治板激光焊焊接接头在拉伸初期处于不同应力状态,设计了不同尺寸及缺口半径的试样,分别在平面应变、平面应力状态下获得不同的初始三向应力度,进而获得不同应力状态下的力学性能。试验结果表明：在进行拉伸试验时,试样无论是处于平面应力状态下还是平面应变状态下,随着初始三向应力度的减小,等效断裂应变增大,塑性变好;三向应力度与等效断裂应变之间均满足指数关系,即等效断裂应变随着三向应力度的增加呈现指数减小;断口形貌均为韧窝的韧性断裂形貌。     

熔体处理对3003铝合金高温流变应力行为的影响

采用热模拟试验技术,探讨了经不同熔体处理的3003铝合金在热压缩变形过程中流变应力行为的变化规律.结果表明:不同熔体处理对3003合金的高温流变应力曲线的变化趋势基本相同,且均出现稳态流变特征,在不同变形条件下3003合金的流变曲线特征有较大不同,尤其在高应变速率下表现出周期性的不连续动态再结晶特征;该合金的热压缩变形是受热激活控制的,可用包含热激变形活能、应变速率和变形温度的双曲正弦函数形式修正的Arrhenius关系来描述该类材料的高温流变应力行为;熔体处理效果越好,热变形激活能Q值越低,材料的热塑性变形能力越好.     

不同取向镍基单晶高温合金在980℃下的低周循环变形行为

在980℃温度下,对不同取向镍基单晶高温合金DD6在不同低周疲劳条件下的循环变形行为进行了研究。结果表明:[001]取向的合金在高总应变幅下表现出循环硬化特征,在低总应变幅下表现为基本循环稳定;[011]和[001]取向合金具有大致相同的特征。应变速率会对合金的循环硬化曲线产生影响,在低应变速率的条件下,硬化曲线整体上是向下移动,循环应力峰值下降;施加的总应变幅越大,循环应力下降越明显;高应变速率使得两种取向合金在相同的总应变幅下硬化曲线的初始硬化速率上升,这种现象对于[111]取向的尤为明显。     

不同加载条件下50W800G硅钢板的拉伸性能

对50W800G硅钢板采用十字形试样进行了不同加载条件下的单向拉伸试验和双向拉伸试验,并运用ANSYS软件对试验结果进行了有限元模拟。结果表明:50W800G硅钢板双向等比拉伸时的应力-应变曲线位于双向非等比拉伸和单向拉伸时的应力-应变曲线之上;50W800G硅钢没有明显的各向异性行为,双向等比拉伸时轧制方向的应力-应变曲线稍高于垂直于轧制方向的,而双向非等比拉伸时垂直于轧制方向的应力-应变曲线稍高于轧制方向的;ANSYS有限元数值模拟的结果可用来预测双向拉伸过程中的应力-应变关系。     

基于毫小薄片试样获取材料应变疲劳性能的测试方法

通过现行试验标准难以获取小尺寸的薄片、零部件、薄壁管、焊缝区材料的低周疲劳性能。提出一种基于漏斗薄片毫小试样的应变疲劳试验方法:结合应变能分离函数假设,给出毫小薄片试样获取材料循环应力应变关系的预测模型;借助循环应力应变关系,采用有限元得到毫小薄片试样跨漏斗名义应变幅与漏斗根部真实应变幅之间以及平均应力幅与漏斗根部真实应力幅之间的转换方程,从而给出了基于漏斗薄片小试样的材料代表性体积单元(Representative-volume-element,RVE)疲劳寿命曲线并给出Manson-Coffin寿命模型参数。针对不同材料的有限元验证表明,基于应变能分离函数的材料循环应力应变关系预测模型对不同几何尺寸自相似试样和不同幂律材料均具有良好普适性。完成了316L不锈钢等直圆棒试样和厚度为0.7 mm毫小薄片试样的应变对称变幅低循环试验和多级等幅低循环试验,结果表明,通过新方法预测的薄片材料循环应力应变关系和等直圆棒试样试验结果一致,通过毫小薄片试样获得的疲劳寿命曲线与等直圆棒试样试验结果亦吻合良好。     

超声表面滚压加工纯钛梯度材料的力学性能反演与有限元分析

对TA2纯钛进行超声表面滚压加工,研究了其截面显微组织和残余应力分布;采用纳米压痕试验测定距表面不同距离处的载荷-压入深度曲线并反演得到应力-应变曲线,将该应力-应变关系作为材料属性,采用有限元方法模拟得到载荷-压入深度曲线,通过与试验曲线进行对比对反演方法进行验证,并且研究了初始屈服应力和应变硬化指数对载荷-压入深度曲线的影响.结果表明:试样表层形成晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构,残余压应力随着距表面距离的增加先增大后减小;载荷-压入深度模拟曲线与试验曲线基本一致,最大压入深度的相对误差在8％以内,说明反演方法可靠;随着初始屈服应力和应变硬化指数增大,载荷-压入深度曲线加载段曲率增大,塑性功与总功之比减小,初始刚度变化不明显.     

GH4169高温合金的动态力学行为及其本构关系

采用材料试验机对GH4169高温合金光滑试样与缺口试样进行应变速率为0.000 1～0.010 0s-1下的室温准静态拉伸试验,再利用分离式霍普金森拉、压杆装置进行温度为20～400℃、应变速率为1×102～4×103 s-1下的动态拉伸、压缩试验,得到准静态和动态下的真应力-真应变曲线与失效应变;根据试验数据,采用分步拟合法确定了Johnson-Cook材料模型和失效模型参数,基于Johnson-Cook模型对动态压缩行为进行模拟,并进行试验验证。结果表明:GH4169高温合金的屈服强度随应变速率的增大而增大,随试验温度的升高而降低,该合金具有应变速率强化效应和温度软化效应;模拟结果与试验结果吻合得较好,真应力-真应变曲线的最大相对误差为5.91%,表明经修正后的Johnson-Cook模型可较好地描述GH4169高温合金的动态力学行为。     

基于数字图像相关技术的材料真应力-应变计算与试验

真应力-应变曲线对于研究材料的机械性能具有重要意义。介绍了一种基于数字图像相关技术处理拉伸试样局部真应力-应变曲线的方法,通过设计拉伸试验得到不同形式的应力-应变曲线,并进行验证。计算与试验结果表明,传统方法计算得到的真应力-应变曲线只能近似反映试样某个位置的应力应变情况,更适合表征材料均匀塑性变形阶段的机械性能,基于数字图像相关技术的方法可以有效、合理地计算得到拉伸过程中试样不同位置的真应力与真应变,包括颈缩后大应变变形下的真应力与真应变,能够表征材料从加载到断裂破坏过程中不同位置的机械性能。     

子弹长度对SHPB测试影响的研究

分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)是广泛用于测试各种工程材料在高应变率下单向压缩应力-应变关系的重要技术.根据一维应力波初等理论,加载在输入杆的压力脉冲与子弹长度有关.文中基于一系列不同长度子弹,以相同速度打击A16061-T6铝合金试样的SHPB实验,采用非线性动力分析程序LS-DYNA3D对实验过程进行三维有限元模拟,得到试样的应力-应变关系.与实验结果对比,两者吻合较好,验证SHPB有限元模型的正确性.模拟结果也表明,子弹长度越长,试样的最大应力和塑性变形越大.     

研磨加工层对高碳铬轴承钢超长寿命疲劳行为的影响

为了阐明磨石研磨加工层对高碳铬轴承钢JIS SUJ2超长寿命疲劳行为的影响,分别使用经砂纸研磨和电解研磨的砂漏形试样,在室温空气环境下进行旋转弯曲疲劳试验.砂纸研磨试样被除去部分磨石研磨层,电解研磨试样被除去了全部的磨石研磨层.结果表明,两种试样的S-N曲线由位于短寿命区的表面破坏模式和位于长寿命区的内部破坏模式的两条组成,表面破坏模式的S-N曲线受表面粗糙度和表面压缩残余应力的影响.内部破坏模式的S-N曲线不受表面条件的影响,是材料固有的特性.砂纸研磨试样表面破坏模式的疲劳极限最高,是电解研磨试样1.11倍和磨石研磨的1.20倍.表面压缩残余应力对表面破坏模式疲劳极限的影响可以用修正Goodman图表示.还讨论裂纹的萌生和扩展条件,推定超长寿命的疲劳极限.     

基于挤压模式下磁流变液力学行为的实验研究

对磁流变液在不同直流电流作用下的准静态挤压过程进行了实验研究.建立了用于测试磁流变液挤压模式下力学特性的实验装置,并通过ANSYS/Multiphysics对此实验装置磁路的磁感应强度分布进行了仿真分析.测试了压应力和压缩弹性模量各自随压应变的变化曲线.实验结果表明:压应力与压应变、外加电流大小和磁流变液本身的性能都有密切的关系.压应力与压应变、压缩弹性模量与压应变的曲线可以划分为3个不同的区域.在第1区域压应变小于0.025时,压应力和压缩弹性模量随压应变的增加而迅速增加;在第2区域压应力与压应变的曲线斜率近乎为零,而压缩弹性模量却随压应变的增大而下降,在压应变约为0.15时降到最低.随后在压应变大于0.15时压应力和压缩弹性模量与压应变显示为指数关系.