小冲杆试验中摩擦系数及试样厚度对载荷-位移曲线及断裂位置的影响

基于Gurson弹塑性损伤理论,应用大型有限元软件ABAQUS对小冲杆试验全过程进行模拟,通过0.5mm厚试样载荷-位移曲线的模拟值与试验值对比,确保有限元模型参数的准确性,进而得出钢珠与试样间的摩擦作用对载荷-位移曲线及断裂位置的影响,以及试样厚度对断裂位置的影响。     

激光冲击强化TC4钛合金强化层弹塑性本构参数反演分析

目的 获取TC4钛合金激光冲击强化层的弹塑性本构模型参数，结合纳米压痕试验和有限元模拟技术，进行激光冲击强化TC4钛合金的材料参数反演计算。方法 首先，在TC4钛合金试样侧面沿强化层深度方向进行纳米压痕测试，获得距表面不同距离处的载荷-压入深度曲线。进而，基于幂律应变硬化模型，通过无量纲方程和有限元模拟反演得到激光冲击强化TC4钛合金梯度强化层的弹塑性参数。最后，将反演获得的弹塑性本构模型材料参数用于有限元模拟，将模拟结果与试验结果进行对比，验证参数反演结果的合理性。结果 强化层表面的弹性模量和纳米硬度较母材分别提高了11%和30%，强化层内的应变硬化指数和屈服强度沿深度方向分别递增和递减。模拟的载荷-压入深度曲线与试验曲线吻合较好，最大压入载荷、弹性模量和纳米硬度的模拟误差分别小于1%、7%和3%，证实了参数反演结果的合理性。结论 通过无量纲方程反演算法得到的强化层本构参数有较强的可信度。激光冲击强化可有效提升TC4钛合金的表面力学性能，强化层的本构参数呈梯度分布，表面的抗塑性变形能力大幅提升。     

乙烯裂解炉管焊接接头鼓胀高温寿命研究及失效分析

在高温服役过程中,炉管及焊接接头等工作部分会出现鼓胀问题。通过蠕变试验和有限元数值模拟技术,对比分析了鼓胀对炉管长期服役寿命的影响,同时通过对炉管的化学成分、金相及抗拉强度进行分析得到其差异的原因。通过对鼓胀和未鼓胀试样进行服役温度下的单轴蠕变试验,得到蠕变曲线,通过数据拟合得到改进K-R本构模型的材料损伤参数;利用有限元方法进行了蠕变损伤分析和寿命预测。2种试样的化学成分分析和拉伸性能分析表明材质不合格为其失效的主要原因之一;利用SEM对组织进行分析,发现炉管在高温下服役会发生渗碳,造成局部温度过高,导致材料的耐高温能力下降造成鼓胀,最终导致材料的失效。     

基于单轴拉伸试验、模拟及优化方法的材料本构识别

基于材料单轴拉伸试验及与其有限元模拟的结果的对比,采用优化方法对材料本构模型参数进行识别。假定材料的应力应变关系可以用Ludwick型本构模型来拟合,以材料单轴拉伸试验拉伸载荷-位移关系曲线与有限元数值模拟得到的拉伸载荷-位移曲线的差值的绝对值作为目标函数,以材料本构参数为设计变量,建立了材料本构参数识别优化模型。采用多目标粒子群算法,通过使目标函数极小化来识别材料本构参数。以Q235钢为例,获得了拉伸试验试件颈缩后的真应力与真应变的本构关系,验证了该方法的有效性。     

基于纳米压痕和有限元模拟的激光熔覆316L不锈钢弹塑性能研究

分别对激光熔覆316L不锈钢涂层、热轧316L不锈钢进行纳米压痕试验得到载荷-位移曲线和弹性模量,并对热轧316L不锈钢进行单轴拉伸试验,以此应力应变曲线作为材料属性,通过有限元模拟纳米压痕,得出载荷-位移曲线,与试验进行比较,验证有限元模型的可靠性。对未知属性的316L熔覆层,选取不同的屈服强度(250~375 MPa)和应变硬化指数(0.25~0.375),正交组合分别模拟,通过与试验结果的对比,得出316L熔覆层屈服强度为325 MPa,应变硬化指数为0.3,并分析了载荷-位移曲线参量随材料属性的变化规律。     

不同材料模型的超弹TiNi合金法向接触的有限元分析

采用多线性弹性和双线性等向强化两种材料模型，对在法向力载荷作用下的TiNi形状记忆合金进行有限元模拟。结果表明：多线性弹性模型不适合用来分析TiNi合金的超弹性；而通过用最大弹性变形量(与屈服极限对应的极限应变值)来模拟TiNi合金的超弹性，采用双线性等向强化模型可以描述TiNi合金的超弹性与产生的最大Von Mises弹性应变及最大Von Mises塑性应变之间的关系，能够为以TiNi合金作为机敏材料、耐磨材料及耐磨膜层材料设计提供依据。最后，在该材料模型下，将用有限元方法与用纳米力学探针得到的位移与载荷关系曲线进行对比，两者相差不大。     

一种基于应力三轴度的断裂准则及其在剪切工艺中的应用

将拉伸均匀变形阶段应力-应变的外推曲线作为初始本构关系,通过反复迭代拟合载荷-位移曲线来确定真实本构关系,很大程度上提升了材料模型的可靠性。采用试验与有限元模拟相结合的方法来研究缺口试样的断裂情况,获得了不同应力状态下应力三轴度与断裂应变间的关系曲线,并以此作为材料发生韧性断裂的判据。将基于拉伸试验获得的材料模型应用于剪切有限元模拟中来预测断面质量,采用ALE方法来提高单元网格质量,利用单元删除法来模拟裂纹的萌生与扩展,分析了剪切机制与损伤分布。最后,对冲裁断面形貌进行试验验证,模拟结果与剪切试验结果吻合程度高。     

汽车仪表盘PP材本构关系计算

利用PP材料拉伸试验的位移载荷曲线,结合弹塑性力学中的相关假设,分阶段计算该材料的真应力-真应变曲线,并利用LS-DYNA显示分析算法,输入该真应力-真应变曲线,模拟计算该材料的单轴拉伸试验,通过模拟结果与试验结果的比较,验证了真应力-真应变曲线的有效性。同时提出了一种塑性材料颈缩阶段的本构简化模型。     

双孔微剪切评定焊接接头的局部强度

提出一种评价力学性能不均匀焊接接头强度的方法,研制了测量材料局部力学性能的双孔微剪切试验装置,对焊接接头各区域进行微剪切试验.记录加载过程中载荷传感器和位移传感器传输的数据,转化得到剪切应力-应变曲线.建立双孔微剪切试验的有限元模型,选择不同屈服应力和加工硬化指数的材料进行有限元模拟,建立试验剪切应力,应变曲线与材料强度参数的相关性,并利用拉伸试验对其准确性进行了验证.结果表明,利用双孔微剪切试验曲线可直接得到材料的强度参数,并利用双孔微剪切试验测定X70管线钢焊接接头上各区的强度.     

纳米压入结合有限元模拟确定金属材料的塑性性能

材料具有相同的弹性模量 E以及代表性应力与代表性应变(σr,εr)时,可以获得相同的纳米压痕加载曲线,而与材料的应变强化指数 n无关。基于此,利用纳米压入结合有限元数值模拟建立一种确定金属材料塑性性能参数的改进方法。首先,不考虑金属材料的加工硬化,通过不断调整代表性应力的假设值,当模拟与实验载荷?位移曲线的加载阶段相吻合时,确定其代表性应力。其次,对金属材料假设不同的应变强化指数,采用相同的方法确定其代表性应变。最后,通过调整应变强化指数的假设值,使模拟曲线与实验曲线的卸载阶段相吻合来确定金属材料的真实应变强化指数,继而利用幂强化本构方程确定金属材料的初始屈服极限。将该方法应用于AISI 304不锈钢、铁及铝合金三种金属,其有效性得到验证。