轴对称拉伸试件的大应变弹塑性有限元分析

本文用大应变弹塑性有限元程序对圆柱光滑拉伸试件和圆柱切口拉伸试件在单调载荷作用下的变形场、应力场和颈缩外形的变化等响应作了计算模拟,发现颈缩发生后光滑试件颈部最小横截面的轴向应变不再保持均匀一致,周向应变与径向应变不再相等也不再是均匀分布。当颈缩程度很深时,颈部最小横截面中心与边缘处的轴向应变相差和边缘处周向应变与径向应变两者的相差都可大于20%。这表明,在这种情形下Bridgman公式所赖以建立的基本假设有相当大的误差。本文提出了一种用试探曲线和Hermite插值配合大应变弹塑性有限元数值模拟并与实验相结合逐步求出颈缩后材料的应力应变曲线和颈部应力应变分布的方法,可用于材料的韧性断裂研究。     

应力状态和应变率对Q690钢延性断裂行为的影响

研究了中国Q690高强度结构钢在不同低应变率下的真实应力应变关系和延性断裂特征.加载了3种不同开口尺寸的单轴拉伸平板试件和纯剪试件,获得了广泛的应力状态.用试验结合数值模拟的方法确定等效塑性断裂应变、应力三轴度和罗德参数.结果表明,应力三轴度和罗德参数是控制断裂的主要影响因素.与应力相比,应变对应变率更为敏感,等效塑性...     

扭转冷作硬化对低碳钢高低应变率力学性能的影响

钢材可通过多种冷作硬化方式提高其后屈服强度.低碳钢在拉伸时,由于发生颈缩现象使低碳钢内部无法积累大量的塑性变形能,不能使低碳钢充分硬化.为研究钢材硬化最佳值,对低碳钢试样在低应变率(10-2s-1)下进行不同程度的扭转变形后,进行了低应变率(10-2s-1)的拉伸和压缩测试以及高应变率(103s-1)的压缩测试.实验结果表明钢材在低应变率下进行不同程度的扭转冷作硬化可分别提高拉伸极限、压缩后屈服强度以及冲击载荷作用下的后屈服强度.在综合考虑硬化增强效果的基础上,推荐Q235钢材进行扭转冷作硬化时,材料内部累积的变形能密度应低于6400kJ/m3.     

扭转冷作硬化的试验研究

拉伸冷作硬化技术已得到广泛的工程应用。由于拉伸过程中存在颈缩现象，不能充分发挥所有材料的应变强化的能力，使其强化效果受限制。本文对中强度的４０Ｃｒ钢和ＬＹ１２－ＣＺ铝合金试件所进行的扭转冷作硬化试验结果表明。     

关于韧性断裂的颈缩区模型

报告了对计算韧性断裂传播阻力的颈缩区模型的进一步研究。对冲击加载下拉伸撕裂双悬臂梁试件断面的精密到量，再次证实颈缩区模型反映了韧性断裂传播过程的主要特征。与静载撕裂相比，动载撕裂时颈缩区宽度浅小而区内平均应变增大，但颈缩区宽度系数K1和应变系数K2的乘积nk则几乎与试件韧带厚度和加载速度无关，可看作韧性断裂传播阻力的材料常数。动载时阻力增大的主要原因是材料的应变率强化。颈缩区模型不仅提供了计算结构撞击破坏时韧性断裂所耗散能量的工程方法，也提供了用静载撕裂试验和动态拉伸试验确定动载下韧性断裂传播阻力的方法。     

平面应力的弹塑性断裂窄带颈缩区模型

平面应力条件下，对低碳钢材料的弹塑性断裂提出了一个穿带颈缩区模型。利用颈缩区裂尖前缘的近似平面应变性质，求解带颈缩区的Ｄｕｇｄａｌｅ模型及计入材料硬化性质的颈缩区尺寸，所得结果与经典的Ｄｕｇｄａｌｅ模型，平面应力有限元模型有Ｄｕｇｄａｌｅ损伤模型作了比较，结果表明，颈缩区西式是较好反映断裂现象，并给工程应用提供了一个理论基础。     

计算韧性断裂传播阻力的颈缩区模型

报告了对用销钉加载、双面开槽的双悬臂梁试件拉伸撕裂试验测定韧性断裂传播阻力的试验方法的改进，提出了描述韧性断裂传播问题的颈缩区模型：在平面应力条件下韧性裂纹传播路径的两侧，存在着总宽度为ｄｎ的颈缩区，实验表明该区内的平均应变εｎ仅仅取决于材料性能和试件厚度。根据这一模型导出了计算韧性断裂传播阻力的工程方法。进行了一系列对低碳钢的试验以改进试件的设计并考察颈缩区模型的合理性。     

结构性吹填软土侧向变形真三轴试验研究

为了研究吹填软土在侧向变形条件下的力学与结构特性,利用真三轴试验机以及WF应力路径试验仪进行了不排水条件下的侧向卸荷试验,并与常规三轴试验结果进行了对比分析.试验结果表明：与常规三轴剪切试验应力-应变关系曲线表现的硬化特性不同,真三轴卸荷试验表现出应变软化现象.随着初始围压的增大,土体由剪缩向剪胀变化.由于中主应力的影响,真三轴卸荷状态下土体的结构屈服应力值明显大于WF卸荷状态以及常规三轴试验下的数值,其随着中主应力系数bd的增大而成非线性增长.真三轴侧向卸荷条件下土体抗剪强度指标大于WF卸荷条件,与常规三轴试验结果也明显不同,其内摩擦角增大,粘聚力减小.     

增材制造Ti-6Al-4V合金断裂行为与应力三轴度关系研究

研究应力三轴度与增材制造钛合金材料断裂行为的相关性,对分析增材制造钛合金的断裂失效过程有着重要的作用和意义。对光滑圆棒和缺口圆棒试件在准静态下进行单轴拉伸试验,结合数值仿真分析得到试件的应力三轴度分布和断裂应变,研究了增材制造钛合金在不同应力三轴度下的韧性断裂行为。通过扫描电子显微镜观察试件断口表面的形貌,分析不同应力三轴度下增材制造钛合金的断裂机理。研究发现,在中高应力三轴度范围内,增材制造钛合金的断裂应变随应力三轴度的升高而降低;缺口圆棒试件的起裂位置随缺口半径的减小从最小截面中心处逐渐转移至边缘处。     

1.25Cr0.5Mo钢疲劳蠕变及免于蠕变失效分析

为对高温环境下CrMo钢设备的安全使用进行评估，提出了1.25Cr0.5Mo钢免于蠕变评定的判定条件.进行了1.25Cr0.5Mo钢540　℃环境下应力控制的疲劳蠕变交互作用的试验，得到了材料的循环硬化特性曲线，并对不同应力幅和平均应力条件下非弹性应变、平均应变、非弹性应变能随循环周次的变化规律进行了研究，建立了第一类、第三类疲劳蠕变交互作用断裂特征图.研究结果发现，在应力幅略小于平均应力的条件下，材料产生疲劳蠕变交互作用，材料断裂寿命下降较快，材料断裂延性达到最低.当应力幅大于等于平均应力时，可忽略蠕变因素的影响，材料可免于蠕变评定.     

基于IDL试验数据分析软件系统的设计与实现

采用交互式数据语言(IDL)设计与编制了材料力学试验数据分析软件系统,方便了计算低碳钢的几种力学参数:拉伸和扭转中的硬化指数、屈服应力和屈服应变,以及对应力/应变关系曲线、多组数据的综合分析.同时,IDL提供的分析函数可有效提高数据分析的效率.     

韧性断裂准则参数标定及其在DP590中的应用

为研究DP590高强钢板材的韧性断裂力学性能,以DF2012韧性断裂准则为理论基础,设计6种包含不同应力状态的拉伸试样来获取材料的塑性流动和断裂参数,采用一种实验-模拟混合方法标定韧性断裂准则的参数.准确地描述材料发生断裂前的塑性行为是韧性断裂准则参数标定的关键,以新提出的各向异性Drucker屈服准则和一种修正的Voce硬化准则表征DP590的塑性行为,使用Fortran语言将该本构模型编译为VUMAT子程序嵌入ABAQUS仿真软件中进行试样的拉伸模拟.实验和模拟对比表明,所构建的本构模型可以准确地预测不同试样沿着轧制方向各个角度的力程曲线.在拉伸实验和标定的本构模型基础上,标定DF2012韧性断裂准则的参数并构建DP590在应力三轴度和断裂应变二维空间中的断裂轨迹.与3种经典的韧性断裂准则Cockcroft-Latham、Clift和Rice-Tracey进行比较,使用Fortran语言将DF2012韧性断裂准则和本构模型一起嵌入ABAQUS仿真软件对不同试样的断裂进行模拟,结果表明:基于实验-模拟混合法标定的DF2012韧性断裂准则能够合理地构建DP590的断裂轨迹曲线和准确地预测不同应力状态下拉伸试样断裂的发生.     

不同应力状态下Q235钢板件磁信号变化的试验及金相图谱研究

通过对Q235钢板件进行静载拉伸试验,采集并分析了其在零载、弹性状态、塑性状态、强化状态、颈缩状态及断裂破坏后的法向磁信号H_p(y).试验表明,随着荷载的增加,法向磁信号H_p(y)曲线呈顺时针旋转,且H_p(y)零值点在试件中心位置附近;H_p(y)零值点可以指示断裂位置但不够准确.比较分析磁场梯度值K,可以发现K值随荷载增加单调递减,在塑性状态到强化状态时变化幅度最大,而在强化状态到颈缩状态变化幅度最小.另外,通过对不同应力状态的试件取样,进行金相图谱分析,发现随着荷载的增加,铁素体沿受力方向,由不规则形状逐渐变为纺锤形,在此过程中,法向磁信号H_p(y)的绝对值逐渐变大.     

压力容器接管的断裂分析及其工程应用

介绍了由标准CT试样发展而来的异型紧凑拉伸(SCT)试样的应力应变场的测量结果以及用SCT试样的实验数据标定COD设计曲线的结果。应力应变测定结果和断裂试验证明SCT试样能够较好模拟压力容器接管等高应变梯度区的力学特征和断裂特征。借助SCT试样有效地解决了高应变条件下裂纹的疲劳扩展速率的测定技术问题。     

AA6063铝合金韧性断裂断口分析

为探究6063铝合金的韧性断裂机制, 通过一系列韧性断裂试验观察6063铝合金不同应力三轴度试件的韧性断口形貌. 结果表明:应力三轴度越高,孔洞的形核、长大、汇聚越快,孔洞更大更深. 不同应力三轴度下主导试件韧性断裂的方式也有所不同:缺口圆柱拉伸试件断裂由韧窝断裂主导;凹槽板拉伸试件断裂由韧窝断裂与剪切断裂共同主导;圆柱扭转试验断裂主要由剪切断裂主导,并且试件表面存在部分韧窝断裂特征.     

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型. 通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩). 在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性. 结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型. 将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.     

基于延性损伤和剪切损伤的铝合金成形极限预测

针对应用拉伸失稳理论和缺陷理论获取铝合金成形极限图(FLD)的局限性,提出了一种基于延性损伤和剪切损伤的铝合金成形极限的获取方法。通过在损伤过程中引入裂纹状态变量,将FLD的获取转化为计算板材在不同应变路径下断裂时对应的极限主应变。本文以5083-O铝合金为例,设计了简单的缺陷试样加载试验和缺口试样纯剪切试验,利用有限元仿真的方式获取了材料在不同应变率下失效时对应的应力三轴度和剪应力比。通过圆顶冲头涨形的数值模拟,获取了板材在不同应变路径下断裂时对应的冲头行程、极限厚度和断裂成形极限图(FFLD),并与试验结果进行对比。结果表明:数值模拟获取的板材成形极限和试验结果基本吻合。将本文获取的FFLD应用于高速动车组司机室覆盖件的冲压成形效果分析中,预测的成形工件的失效形式和断裂位置与试验结果相吻合。     

不同应力状态下40CrNiMoA钢延性断面的分形维数

本文利用FPM（Fracture Profile Method）法，测量了40CrNiMoA钢在不同应力状态下发生延性破坏时断裂表面的分形维数，并考察了断面分形维数与断裂应变的关系，结果表明，尽管当应力三维度Rσ从0.86增大至1.52时，断裂应变εf自0.37降至0.15，而断面分维DF仍保持常值（变化幅度仅为1.3%），估计这是由于具有不同应力三维度的试样其临界空穴扩张比VGC值基本保持常值的缘故。     

Q460D高强钢断裂性能试验研究及断裂准则的校准

为了考察Q460D高强钢在多轴应力状态下的断裂性能,本文分别对切口圆棒试件、剪切型及拉剪型平板切口试件、平板槽口试件进行了断裂试验.随后,利用扫描式电子显微镜对各试件断口处的微观断裂机制进行了观察分析,考察了应力状态对结构钢材断裂性能的影响,并利用试验结果对Rice-Tracey延性断裂准则进行了校准.试验研究结果表明应力状态对Q460D钢的延性与微观断裂机制有显著的影响.Rice-Tracey延性断裂准则可以准确的捕捉材料因应力三轴度升高引起的延性下降趋势.     

岩石软化的细观损伤模型

通过分析岩石材料应变软化的细观损伤力学过程 ,建立了岩石软化阶段的细观损伤力学模型 ,从而得到单向拉伸状态下岩石软化过程的应力应变本构关系 .