金属塑性成形过程延性断裂的准则及其数值模拟

介绍了一些对金属延性断裂进行判断的准则,包括基于试验的经验性准则以及连续损伤力学方法建立的准则.在金属塑性成形的大变形有限元分析过程中,将会对断裂裂纹的生成及扩展进行模拟,介绍使用单元删除、单元分裂以及单元分离技术来处理出现裂纹后的工件网格,就齿圈压板精密冲裁、切削加工中切屑成形以及冷挤压等复杂工艺过程的断裂现象进行了模拟研究.     

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.     

基于统一强度理论的断裂准则

基于统一强度理论,在小范围屈服条件下,推导Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹裂尖塑性区范围的统一解析解。给出不同拉压比α、泊松比υ、中间主应力影响参数b以及裂纹倾角β下的一族塑性区形状与大小的轨迹,讨论以上参数对裂尖塑性区变化的影响。最后基于裂纹尖端塑性区的解析解,提出了一种复合型裂纹断裂准则,分析了裂纹倾角与初始断裂角的关系。结果表明,该准则预测结果比其它准则更精确,与试验结果吻合得非常好。     

物理断裂准则应用于高速切削的研究

基于高速切削有限元模型,参照更新的拉格朗日方法在低速切削加工中的应用,将金属物理断裂准则运用于高速切削的模拟中.通过仿真分析和比较在设置物理断裂准则和几何断裂准则的两种高速切削仿真情况下,X,Y方向切削力及切屑形成的变化发现,设置了物理断裂准则的高速切削仿真得到的数据更接近实验数据,且切屑成形也与实际情况符合.     

液化石油气钢瓶的断裂准则

由塑性失稳理论导出了无缺陷钢瓶爆破压力和容积膨胀率的表达式,由塑性极限载荷理论导出了缺陷钢瓶爆破压力的表达式,由不同断裂准则比较确定了退火不充分钢瓶从低塑性断裂向脆性断裂过渡的临界损伤度。由理论和试验研究所确定的钢瓶损伤容限已经采用在国家标准《液化石油气钢瓶定期检验与评定》中。     

韧性断裂准则的试验与理论研究

对不同样式的45钢和6082铝合金试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等材料试验，对工程中使用的11个韧性断裂准则进行对比研究，并利用专业塑性成形分析软件对试验过程进行二维和三维情形的数值模拟。指出目前使用的韧性断裂准则都不可能对材料在任意应力应变状态和变形累积的情况下给出一个固定阈值，并给出了基于等效应变和应力三轴度的韧性断裂准则修正公式，通过厚板普通冲裁和精密冲裁试验证明了结论的有效性。     

金属延性断裂过程仿真与损伤破坏准则应用

在均质材料损伤破坏准则的理论应用研究基础上,对典型金属构件的非线性载荷—位移响应及其延性断裂过程进行数值仿真研究,发现常规工程数值计算中应用材料应力应变的单一曲线假设模拟构件非线性响应存在较大误差。为提高数值模拟精度,提出复杂应力状态下材料屈服以及非线性应力—应变曲线的理论修正项及其表达式。应用Wilkins延性损伤断裂准则,在Abaqus系统实现算法软件编程的基础上,对不同圆弧缺口及两类带孔板铝合金构件的延性断裂过程进行非线性有限元数值仿真,获得与试验结果吻合良好的应用结论。     

受内压的超塑性薄壁圆筒的理论断裂时间分析

超塑性材料具有伸长率非常高,可以成形复杂构件等优点,已得到广泛应用。研究超塑性材料薄壁圆筒受内压的应力和应变率,导出壁厚变化和理论断裂时间计算公式,讨论不同材料壁厚和理论断裂时间的变化规律。计算结果表明:(1)圆筒越薄,理论断裂时间越小,越容易断裂。(2)应变速率敏感性指数m值与成形时间关系很大,m值增大使尺寸不同的材料的成形时间之间的差别趋于减小。(3)压力越大,理论断裂时间越小。当压力增大时,不同m值的理论断裂时间之间的差别趋于减小。(4)成形开始时,壁厚变化速度较慢;当成形时间接近理论断裂时间时,壁厚变化速度急剧增大。     

拉/扭复合应力下脆性材料断裂的一般准则

根据脆性材料的正应力断裂准则，提出适用于在拉／扭复合应力下无机玻璃(包含陶瓷)等脆性材料的断裂准则，并利用文献中的试验结果对该准则进行了客观的校验。提出的拉／扭复合应力下结构陶瓷材料的断裂准则，既适用于脆性材料的光滑试件，也适用于具有不同应力集中系数的切口试件或结构件。此外．该准则具有简洁的形式，不合任何经验常数；更重要的是，可以根据抗拉和抗剪强度的概率分布，求得拉／扭复合应力下结构陶瓷材料带存活率的断裂准则。     

光滑质点流体动力学方法中断裂准则的引入

基于Delaunay三角剖分及其对偶形式最近点意义下的Voronoi图,提出一种粒子产生和消除技术解决光滑质点流体动力学方法中的数值断裂问题。以此技术为基础,利用光滑质点流体动力学方法的"核函数归一化特性"对粒子携带的应力重新进行分配,进而引入断裂准则最终解决数值模拟中材料出现断裂破坏的理论依据问题。通过典型数值算例的模拟分析并与实验进行对比,结果表明,提出的粒子产生和消除技术对解决数值断裂问题是有效的;引入断裂准则使材料断裂破坏受到理论的约束与指导;与加入断裂准则前相比,程序计算结果在靶板变形区直径、深度和弹丸剩余速度三个重要指标上与实验结果具有更好的一致性。     

奥氏体锰钢高应变速率孪生诱导塑性

研究了应变速率对奥氏体中高锰钢塑性的影响。结果表明：室温拉伸，中锰钢伸长率由低应变速率10^-3S^-1时的22．8％增加到高应变速率10^3S^-1时的67．4％，增加2倍；高锰钢伸长率由低应变速率10^-3S^-1时的49．5％增加到高应变速率10^3S^-1时的64．4％，增加30％。中高锰钢高应变速率增塑效应，主要与孪生变形大量启动有关，其断裂机制由低应变速率的沿晶断裂转化为高应变速率的晶内韧窝韧性断裂。     

高应变速率条件下1200MPa级冷轧双相钢塑性变形微观机理的研究

通过在CMT4105试验机上进行准静态拉伸试验,在Hopkinson拉杆试验机上进行动态拉伸试验。在常温下,对DP1200冷轧双相钢进行应变速率为1×10~(-4) s~(-1)、1×10~(-3) s~(-1)、1×10~(-2) s~(-1)的准静态拉伸试验,以及应变速率为500 s-1、1 000 s-1、2 250 s-1的动态拉伸试验,并对拉伸断口进行形貌分析。结果表明:DP1200冷轧双相钢在准静态和动态变形条件下,随应变速率的增大,屈服强度s0.2从723 MPa增加到998 MPa,抗拉强度sb从1 205 MPa增加到1 515 MPa,断后伸长率从9.0%下降到7.7%,屈强比从0.60上升到0.66。准静态和动态拉伸的韧断口都呈现窝状,为韧性断口。应变速率为1×10~(-4) s~(-1)、1×10~(-3) s~(-1)、1×10~(-2)s~(-1)、500 s~(-1)、1 000 s~(-1)、2 250 s~(-1)断口韧窝平均尺寸分别为7.5μm、7.2μm、6.9μm、4.3μm、3.5μm和2.6μm,准静态拉伸不同应变速率下韧窝形貌变化不大,动态拉伸条件下随应变速率的增加断口韧窝变深。     

锡磷青铜QSn6.5-0.1冲裁断裂系数的求取

在冲裁断裂的数值模拟中,只有先确定了材料的断裂系数才能确定工件裂纹的产生和发展的状态.本文在选定断裂准则后采用刚塑性有限元法,根据实验的结果与数值模拟相结合来求断裂系数.并通过实验证明,求得的断裂系数可信.     

位移速率与应变速率对测定金属材料屈服强度的影响及分析

本文介绍用不同应变速率和不同位移速率对低碳钢和硬铝的测试方法,通过对试验结果和试验曲线的分析对比,进而得出相应的结论。     

压电陶瓷形变速率对压电驱动器驱动性能的影响

一般理论认为压电陶瓷的驱动位移大小与压电陶瓷的变形量有关,而变形量又与压电片层数、驱动电压、驱动频率等有关,为了提高压电陶瓷驱动的位移,会尽力去提高压电陶瓷的变形量,这往往要显著增加成本.然而经深人研究发现:压电陶瓷驱动位移大小,不仅与其变形量有关,而且与其相应变形量的时间长短有关,即变形速率有关.因此在同样变形量的情况下,变形速率大,也可获得更大的驱动位移.这一发现为压电陶瓷材料的选择提供了一个新的思路.     

高应变速率下铸态AM80镁合金的变形行为及数值模拟

采用INSTRON准静态压缩实验机和分离式霍普金森压杆装置对铸造固溶态AM80镁合金不同应变速率下的压缩变形行为进行了研究,应变速率分别为0.0001s-1、800s-1、1050s-1、1600s-1、1850s-1和2100s-1。结果表明：当应变速率ε˙≤1850s-1时,实验用AM80镁合金的流变应力随应变速率的增大而增大,表现出明显的正应变速率敏感性;当应变速率增至2100s-1时,由于局部温升效应,合金产生了明显的动态软化,导致流变应力反而略有减小。采用Johnson-Cook材料模型对实验用AM80镁合金在不同应变速率下的变形行为进行描述,并取材料应变速率强化参数为应变速率的函数。对比结果表明,所建立的本构方程与实验结果基本吻合。此外,由于力学本构忽略了由形变引起的温升软化,基于ABAQUS的仿真结果在较低应变速率（800s-1）和高应变速率（1850s-1）的中低应变下与实验结果吻合得较好;而在高应变速率（1850s-1）的较高应变条件下,仿真结果与实验结果差异较大。     

变形速率对含磷高强无间隙原子钢高温变形行为的影响

采用Gleeble 3800型热模拟试验机测定了含磷高强无间隙原子钢(IF钢)在变形温度为950,850 ℃,单道压缩变形量为50%,变形速率为0.01,0.1,1,10 s-1时的应力应变曲线,对其变形行为进行了分析.结果表明:应变速率为10 s-1,变形量为50%时,应力-应变曲线仅为动态回复型,不因温度的变化而改变类型;当变形温度为950 ℃时,变形速率越高,铁素体晶粒越大;而当变形温度为850℃时,这种差别比较小.说明在变形速率不太高的情况下,变形温度是影响奥氏体或铁素体晶粒尺寸的主要因素.     

ZG20MnSi钢断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率试验研究

研究了ZG20MnSi钢及其焊接热影响区的断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率。ZG20MnSi钢在常温下有较高的断裂韧度,δi达0.158mm,在0℃时δi为0.145mm。焊接热影响区的断裂韧度降低,但常温下δi也达0.146mm,在0℃时δi为0.139mm。ZG20MnSi钢在空气中的疲劳裂纹扩展速率方程为dn/dN=5.2857×10-12(△K)4.1;在滴水环境中的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=3.7515×10-13(△K)4.9。     

CrMnFeCoNi高熵合金拉伸断裂的晶体塑性有限元模拟

CrMnFeCoNi高熵合金的优异力学性能使其具有广阔的工程应用前景.材料力学行为的本构描述对其工程服役行为的安全评估至关重要,但是描述CrMnFeCoNi高熵合金拉伸断裂行为的本构模型少见报道.基于晶体塑性本构模型,利用Cohesive单元在多晶代表性体积单元内部植入含损伤破坏机制的晶界,模拟了 CrMnFeCoNi...