薄壁管拉扭复合相变波的实验研究EI北大核心CSCD

为了观察相变波在复合应力加载条件下的传播特性,通过一套薄壁管预扭冲击拉伸的实验装置,对相变材料NiTi合金薄壁管进行了预扭冲击拉伸的实验研究。实验观察到明显的拉扭耦合快波结构,证明了复合应力下相变波确实具有耦合特性,此外,实验结果还表明相变材料NiTi合金在拉扭复合应力下的相变临界点具有明显的率无关性。由于拉扭耦合慢波部分的应变变化较小,在实验波形中不易分辨,对实验过程进行了数值模拟,模拟结果和实验基本吻合,并能观察到相应的耦合慢波部分。     

薄壁管拉扭复合相变波的实验研究EI北大核心CSCD

为了观察相变波在复合应力加载条件下的传播特性,通过一套薄壁管预扭冲击拉伸的实验装置,对相变材料NiTi合金薄壁管进行了预扭冲击拉伸的实验研究。实验观察到明显的拉扭耦合快波结构,证明了复合应力下相变波确实具有耦合特性,此外,实验结果还表明相变材料NiTi合金在拉扭复合应力下的相变临界点具有明显的率无关性。由于拉扭耦合慢波部分的应变变化较小,在实验波形中不易分辨,对实验过程进行了数值模拟,模拟结果和实验基本吻合,并能观察到相应的耦合慢波部分。     

薄壁管拉扭复合相变波的实验研究

为了观察相变波在复合应力加载条件下的传播特性,通过一套薄壁管预扭冲击拉伸的实验装置,对相变材料NiTi合金薄壁管进行了预扭冲击拉伸的实验研究。实验观察到明显的拉扭耦合快波结构,证明了复合应力下相变波确实具有耦合特性,此外,实验结果还表明相变材料NiTi合金在拉扭复合应力下的相变临界点具有明显的率无关性。由于拉扭耦合慢波部分的应变变化较小,在实验波形中不易分辨,对实验过程进行了数值模拟,模拟结果和实验基本吻合,并能观察到相应的耦合慢波部分。     

超弹性NiTi合金率相关相变图案演化模拟

基于超弹性NiTi合金薄板在不同温度下的拉伸实验结果,采用三段线性弹塑性本构模型,通过热物理常数等效法考虑相变潜热对温升的影响,利用有限元软件ABAQUS对相变图案演化进行模拟,揭示相变图案演化的率相关性机理。模拟结果表明:超弹性NiTi合金在拉伸过程中发生应力诱发马氏体相变,宏观表现为局部相变带的萌生、扩展与合并;由于相变潜热的释放,相变带的萌生伴随着局部温升,温升的峰值与加载应变率密切相关;局部相变带与加载方向成一定夹角,角度为50°~65°;随着加载速率增加,试样从等温向绝热状态转变,相变应力与局部温升随之增加,相变更容易在低温区域萌生,导致相变带数量不断增加;模拟的超弹性NiTi合金在不同应变率下的相变图案及温度场演化与实验结果吻合较好,为阐明该合金的相变局部化演变过程提供了参考。     

考虑相变的铝合金管焊接残余应力数值模拟

以铝合金薄壁管的对接接头为研究对象,根据实际情况建立了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,运用SY-SWELD软件在考虑相变情况下对其焊接过程温度场与轴向和环向残余应力分布进行数值计算与分析,与实验结果进行对比验证了该模型的准确性。此外,还分析了铝合金管半径变化对残余应力分布的影响规律。结果表明:相变对轴向最大拉应力与环向最大拉应力和压应力都有明显的影响,且考虑相变能更准确地模拟轴向和环向残余应力;在考虑相变情况下,焊接残余应力随半径的增大而增加;并且在不同的半径条件下,距焊缝中心不同距离上的应力分布有着一致的变化趋势。     

2D-SiC/SiC复合材料损伤耦合力学行为

基于轴向和45°偏轴加载实验,分别获得2D-SiC/SiC复合材料在单一轴向应力和复合应力状态下纤维束轴向方向上的拉伸、压缩和面内剪切应力-应变行为,计算分析材料在复合应力状态下的损伤耦合力学行为。结果表明,在45°偏轴拉伸和压缩复合应力状态下材料损伤耦合力学行为的起始应力分别约为40MPa和-100MPa。复合应力状态下材料纤维束轴向方向上的拉伸损伤和面内剪切损伤进程间具有相互促进作用,面内剪切损伤对压缩损伤进程具有促进作用,但是压缩应力分量对面内剪切损伤进程具有明显的抑制作用;上述损伤耦合作用随着应力水平的增加而越发显著。由试件断口电镜扫描结果可知,复合应力状态下材料纤维束轴向方向上3个应力分量对材料内部0°/90°和45°3种取向基体裂纹开裂损伤进程的影响作用,是2D-SiC/SiC复合材料产生损伤耦合力学行为的主要细观损伤机制。     

不同应力幅比加载下2A12铝合金的多轴疲劳性能

采用SDN100/1000电液伺服拉扭复合疲劳试验机对2A12铝合金进行不同应力幅比下的多轴疲劳实验,观察试样断口形貌并结合加载过程中的疲劳循环曲线进行失效机理分析。结果表明:单级加载条件下,随应力幅比的增加合金的疲劳寿命提高,纯扭转条件下断面存在平整的光滑区域,随应力幅比的增加断面划痕减少,并能观察到疲劳条带以及鱼骨状、鳞片状和蜂窝状特殊形貌;不同应力幅比累积路径下,多轴疲劳寿命随一级加载周次变化的规律不同;高-低应力幅比累积路径下,拉压方向一级高应力幅比加载阶段出现明显的循环硬化现象,材料产生"锻炼效应"。     

Fe85Ga15多晶在模拟海水中的应力腐蚀行为研究

研究了新型磁致伸缩材料Fe-Ga合金的应力腐蚀性能。采用恒载荷和慢应变速率拉伸(SSRT)试验,结合电化学测试技术,研究了铸态Fe85Ga15多晶在模拟海水中的应力腐蚀。结果表明,开路电位下,模拟海水中薄板光滑试样恒载荷拉伸能够发生低于材料抗拉强度的断裂,且断裂时间明显依赖于外加应力的大小,外加应力愈大,断裂时间愈短。这表明铸态Fe85Ga15合金在模拟海水中能够发生应力腐蚀开裂(SCC),且SCC归一化门槛应力为σscc/σb=0.34。慢应变速率拉伸显示,SCC敏感性在应变速率为5×10-7/s时最大,用强度损失表示为Iσ=(1-σc/σb)×100%=35%。阴极极化升高而阳极极化降低恒载荷SCC断裂时间。这些结果初步表明铸态Fe85Ga15合金在模拟海水中的应力腐蚀为阳极溶解型。     

7075-T651铝合金薄壁管件多轴低周疲劳行为及寿命预测

针对航空铝合金多轴疲劳失效问题,对7075-T651铝合金薄壁管件进行不同加载条件下的拉扭复合疲劳实验。结果表明:随等效应力幅的降低,多轴疲劳寿命增加;等效应力恒定时,寿命随应力幅比的升高而增加;拉扭相位差对寿命影响较小。高应力幅下材料在轴向和扭向以软化为主,低应力幅下硬化和软化交替出现。宏观断口平台区随应力幅比的增加而逐渐减小,微观断口呈现管壁外侧的多裂纹源特征,扩展区可以观察到疲劳条带和二次裂纹,瞬断区出现混合型韧窝。提出基于Basquin准则的改进模型,得到较好的寿命预测效果,寿命预测值均位于两倍分散带内。     

振动时效对NiTi记忆合金回复特性与相变行为的影响

研究了振动时效对约束态下NiTi形状记忆合金的力学性能与相变行为的影响,用自制的拉伸机测试了振动与未振动NiTi合金在自由加热过程中的回复应变,用万能拉伸实验机测试了NiTi合金的力学性能,用DSC测试了NiTi合金的相变行为.结果表明,随着振动幅度的增加,NiTi合金丝在自由加热过程中输出的两段回复应变减小;随着振动时间的延长,NiTi合金输出的回复力减小,最多约80MPa.DSC结果表明约束态振动后再变行马氏体逆相变温度升高,相变潜热减小,而继承变形马氏体和热诱发马氏体相变潜热增加.所有结果均直接或间接表明,振动时效降低了NiTi形状记忆合金产生的回复力.这可能是由于振动在NiTi合金中产生了微观塑性变形,降低了回复力.     

静水压力和阴极极化对钛合金应力腐蚀敏感性的影响

采用电化学极化实验、慢应变速率拉伸实验、断口形貌观察和恒变形应力腐蚀裂纹扩展实验的方法,研究静水压力和阴极极化对Ti75合金海水应力腐蚀的影响。结果表明:静水压力对Ti75合金的应力腐蚀敏感性没有明显影响。在阴极极化情况下,Ti75合金的应力腐蚀临界应力强度因子(K_ISCC)下降,其应力腐蚀敏感性随着电位的负移而提高,-0.77 V为氢致应力腐蚀发生的临界电位。     

GH4169合金高温力学行为本构建模及参数识别

针对涡轮盘用GH4169合金开展了高温下单调拉伸、对称循环及非对称循环的实验工作,结果表明,该材料具有比较明显的循环软化和平均应力松弛特性.采用带Ohno/Wang修正的Chaboche粘塑性理论本构方程,对其表现出的复杂力学现象进行本构建模,介绍了Levenberg-Marquadt非线性优化算法,结合材料实验数据并通过该算法识别了本构方程参数,将本构方程通过用户子程序嵌入到有限元软件ABAQUS中,对GH4169合金的上述实验现象进行了数值模拟,计算曲线与实验曲线取得了较好的一致性.     

形状记忆纤维热粘弹性基体复合材料的力学行为

应用热粘弹性理论和Voigt混合律,在变温场中针对马氏体逆相变过程建立了NiTi形状记忆纤维热粘弹性基体复合材料的应力-应变关系,在逆相变过程和基体呈现热粘弹态阶段,由于基体松弛其模量减小,在跃阶拉应力的作用下,复合材料的压缩应变迅速增大,纤维回复应力先增大后减小;在跃阶拉应变的作用下,复合材料的应力增加先变缓然后加快直至稳定,较高的温度和材料参数对NiTi纤维热粘弹性基体复合材料的力学行为和纤维的作动性能有明显的影响.     

低碳钢在拉扭复合动应力作用下的实验研究

本文介绍了我们研制的拉—扭复合动应力材料试验机以及实验方法。在该机上对低碳钢的实验结果表明：在拉—扭复合动应力状态下，等效应变率在３５／ｓ～６５／ｓ范围内，等效应力σ和等效应变ε曲线在塑性变形阶段几乎是平行的，符合Ｍｉｓｅｓ屈服条件，动态初始屈服面几乎是相似的椭圆。验证了过应力模型的正确性，发现在给定等效应变率下，ω～ε间的曲线具有单一性的特征。     

304不锈钢薄壁管件纵缝焊接接头残余应力数值模拟研究

目的 采用数值模拟方法代替传统测量方法,以准确模拟不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布规律及预热温度对焊接残余应力的影响规律。方法 采用TIG焊接方法对304不锈钢进行圆管纵缝焊接试验,以最优焊接工艺参数为基础,基于ABAQUS有限元仿真软件,采用热力完全耦合模型,在DFLUX子程序中运用Fortran语言对模型进行汇编以完成ABAQUS的二次开发,模拟薄壁管件纵缝焊接热力耦合过程,并在模拟结果上添加预热温度为150 ℃的预热工艺。结果 304不锈钢薄壁管件焊接过程中会产生较大的残余应力,局部区域接近管材的屈服应力。纵向残余应力趋于焊缝中心方向由压应力转化为拉应力,焊缝中心横向应力承受压应力,并且随着向焊缝两侧移动,横向残余应力值逐渐趋近于0。焊缝厚度方向上的径向应力值变化幅度较小。预热可以有效降低不同方向上的焊接残余应力,其中对纵向残余应力的改善最为明显。结论 数值模拟方法能够准确计算出不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布,预热处理能够有效降低接头残余应力。     

超弹性NiTi记忆合金平台应力在约束加热过程中的变化

采用变温拉伸机研究了超弹状态NiTi记忆合金“平台”应力在约束加热过程中的变化，研究结果表明，对应于马氏体正，逆相变的上，下“平台”应力随温升高而上升，其中上“平台”应力升高速率小于“平台”应力升高速率，当温度超过到一定值后，上，下“平台”应力与温度的关系曲线重合，同时探讨了约束加热过程中的马氏体正，逆相变行为。     

Fe-17Mn-10Cr-5Si-4Ni合金低温应力诱发相变特点及其形状记忆效应研究

用x射线衍射分析、显微组织观察等研究了Fe-17Mn-10Cr-5Si-4Ni合金在低温(低于室温)下应力诱发相变的特点及其形状记忆效应。合金在室温拉伸变形时,当应变量超过5％由于应力诱发E马氏体的相变作用而形成α＇马氏体;当变形温度低于室温时应力优先诱发γ→α＇马氏体转变。正是这种应力诱发相变特征的转变使合金的形状记忆效应在室温以下出现奇特低谷。     

复合材料薄壁管中的波传播

本文以波传播的特征理论为工具, 对正交各向异性复合材料板斜绕的薄壁管在拉扭联合作用下的平面应力波进行了分析, 给出了特征波速、特征关系和通解表达式。文中还通过对一个算例和简单波解的讨论指出了复合材料波所具有的一系列不同于各向同性材料中波的性质和物理现象。      

材料状态对NiTi形状记忆合金相变行为的影响

用金相显微镜观察了冷加工和固溶状态的显微组织形貌,用示差热量扫描法(DSC)系统研究了冷加工、固溶和时效处理对近等原子比的NiTi形状记忆合金的相变温度的影响。试验结果表明,冷加工态NiTi合金组织形态呈纤维状,固溶处理后组织形态呈等轴状。冷加工带来的大量变形缺陷抑制了热弹性马氏体的相变;冷加工态NiTi合金直接进行时效发生了P→M相变;经固溶处理后再进行时效则发生了P→R→M相变。NiTi合金在不同的热处理条件下发生了不同类型的热弹性马氏体相变。分析认为,应力、位错密度及析出相对NiTi合金热弹性马氏体的相变行为有重要的影响。     

钢/锌层状复合材料的力学性能与耗能行为

对复合铸造法制成的钢/锌层状复合材料在不同条件下的单向拉伸和低周疲劳实验进行了研究.结果表明:锌的加入使钢/锌复合材料的塑性得到提高,同时其强度与钢相比有所降低.在单向拉伸条件下,拉伸速度对钢/锌复合材料试样的应力-应变曲线影响不大.在±0.5%,±1.0%,±1.5%应变范围内,所对应的拉压应力随着循环次数的增多而增大,表明材料出现循环硬化行为,并且循环应变的提高使材料的循环硬化行为逐渐明显,进一步循环使拉压应力趋于稳定.