基于DIC方法的铝合金焊接接头拉伸性能研究

为准确表征铝合金焊接接头拉伸性能,针对2219铝合金搅拌摩擦焊焊接接头,采用数字图像相关(DIC)方法,测量焊接接头在拉伸载荷作用下的全场应变历程,得到铝合金焊接接头焊接区在拉伸时的连续屈服强度曲线。进而结合材料弹塑性本构模型,拟合焊接区内各点处材料本构关系,并分别构造了铝合金焊接接头焊缝区及热影响区力学性能连续变化的拟合函数,使之可以表达铝合金焊接接头焊接区内任意一点力学性能。最后利用所构造的力学性能函数模拟了铝合金焊接接头的拉伸过程,数值结果与试验相吻合,表明基于数字图像相关法的应变测量可以准确地表征其焊接区内的材料力学性能。     

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。     

颗粒增强金属基复合材料细观有限元建模方法的对比

以原位生成法制备的TiB₂颗粒增强铁基复合材料为研究对象,通过纳米压痕试验及有限元反演分析确定基体的幂硬化模型参数,建立二维细观真实结构模型和颗粒随机分布的体胞模型,然后模拟单轴拉伸试验,用等效宏观方法计算真应力-真应变曲线,对2种模型的模拟结果进行对比,并探讨边界条件对模拟结果的影响。结果表明：边界条件对模拟单轴拉伸时的真应力-真应变曲线影响较小;2种模型模拟得到单轴拉伸的真应力-真应变曲线差异较小,且与试验结果吻合,相对误差小于5%;真实结构模型模拟得到的弹性模量与屈服强度的误差小于体胞模型;不同模型模拟得到基体与颗粒的局部微观等效应力场及应变场有明显差异。     

热老化对主泵泵壳材料失效评定曲线的影响研究

主要研究了热老化对主泵泵壳材料CF8在室温和350℃温度下拉伸性能以及失效评定曲线的影响。对经历不同老化时间的试样进行恒应变速率下的拉伸试验,采用Ramberg-Osgood （R-O）模型对拉伸真应力-真应变曲线进行分析,并将分析结果用于失效评定曲线的计算。结果表明,随热老化时间延长,室温和350℃温度下材料的抗拉强度均不断提高,断后延伸率有所下降;在小应变范围内,R-O模型能够较准确预测材料的真应力-真应变曲线;采用英国R6标准方法二得到不同老化阶段材料的失效评定曲线,结果显示在部分区域,如采用未老化材料的失效评定曲线,则评定结果将偏于不安全。     

轧制差厚板变厚度区的应力应变关系表征

针对轧制差厚板几何形状不均匀、力学性能不均匀的特征,设计了适用于差厚板的单向拉伸试样,并加工等宽度试样用作比较。结合数字散斑技术对两种拉伸试样进行单向拉伸试验,结果表明新型差厚板拉伸试样变形更加充分,应变分布更加均匀。通过计算获得差厚板变厚度区材料的真应力-真应变曲线,利用插值法构建差厚板材料模型。将材料模型用于差厚板试样的单向拉伸数值模拟中,发现数值模拟和试验获得的试样应变分布及力-位移曲线吻合程度较高,与试验相比模拟所预测的试样断后伸长率略低,误差范围为9.0%～14.0%。结果表明,数值模拟与试验具有良好的一致性,材料模型的准确度较高,具有实用性。新型拉伸试样同时考虑了差厚板厚度不均匀和力学性能不均匀的特性,通过一次拉伸试验即可获得变厚度区任意位置处的真应力-真应变曲线,对差厚板力学性能和后续加工工艺研究具有实际价值。     

球压痕试验法评价金属材料的强度

通过单次压痕试验与有限元模拟相结合的方法,结合反向分析方法与模拟退火粒子群算法,从获得的载荷-深度曲线加载部分提取材料的塑性参数,基于Ludwig硬化模型预测了不同金属材料的强度,并与单轴拉伸试验结果进行对比。结果表明:模拟得到的载荷-深度曲线与试验得到的几乎重合,二者的相对误差小于0.5%,说明模拟退火粒子群算法可有效地从压痕载荷-深度曲线中提取出金属材料的塑性参数;基于Ludwig硬化模型,利用反向分析方法从压痕载荷-深度曲线中提取的真应力-真塑性应变曲线不是唯一的,但从真应力-真塑性应变曲线计算得到的强度具有明显的收敛趋势;采用压痕试验得到不同金属材料的强度均接近于由拉伸试验得到的,屈服强度与抗拉强度的最大相对误差分别为5.9%,4.3%,说明采用压痕试验法可以准确地评价金属材料的强度。     

CR1500HF热成形钢U形件不同位置的高速拉伸性能及其有限元模拟

在CR1500HF热成形钢U形件不同位置取样,进行应变速率在1～500 s-1的拉伸试验,研究了不同位置拉伸性能的差异和应变速率对热压成形件拉伸性能的影响;建立材料拉伸有限元模型,模拟分析了该钢的高速拉伸性能和拉伸试样加持端应力分布.结果表明:该热压成形U形件侧壁位置的抗拉强度和屈服强度低于法兰和底部位置,在进行碰撞分析时需考虑部分位置因冷却不足强度降低的影响;随着应变速率的增加,U形件不同位置的屈服强度和抗拉强度均增大;由拉伸有限元模型模拟得到的真应力-真塑性应变曲线与combined S-H本构模型拟合得到的曲线吻合较好,应变速率1,500 s-1下真应力均方根误差分别为19.98,39.48 MPa;高速拉伸过程中拉伸试样夹持端大部分处于弹性变形阶段,应变片粘贴位置距试样圆弧处的距离应大于19 mm.     

基于原位拉伸的CrMoV钢焊接接头局部力学性能研究

采用微拉伸试验研究了CrMoV钢焊接接头焊缝金属的局部力学性能,并对焊缝金属进行了微观组织观察和显微硬度测试。结果表明,焊缝金属呈现不均匀的微观组织分布;焊缝金属环向试样的拉伸强度要大于径向和轴向试样的拉伸强度,而焊缝中心所取试样的拉伸强度要小于焊道上所取试样的拉伸强度。结合金相分析得到,焊接接头焊缝金属最薄弱的部位在焊缝中心等轴晶区。     

基于ANSYS的裂纹尖端应力强度因子研究

通过ANSYS建立焊接接头三区域模型。分别定义了不同的力学性能参数来模拟焊接接头各个区域力学性能的不均匀性,分别计算裂纹处在焊接接头各个区域的应力强度因子。计算结果表明：焊缝应力强度因子最低,母材次之,热影响区最高。说明材料的屈服强度与裂纹尖端的应力强度因子有密切的关系。屈服强度越高,应力强度因子越低。     

铝合金5083焊接试样微观力学测试分析

焊接接头是零件强度最薄弱的地方,为研究焊接试样的微观力学性能,利用纳米压痕测试技术对5083铝合金焊接试样进行微观力学测试,通过纳米压痕玻式压头测得焊接接口的弹性模量与硬度分布,同时利用纳米压痕球形压头分析了焊接接口基体区与焊缝区的应力-应变曲线。     

连续球压痕法表征幂硬化金属材料拉伸性能的 有限元模拟

应用ABAQUS软件,采用二维和三维建模方法对典型幂硬化金属材料6061铝合金的连续球压痕试验进行了模拟,得到了压痕载荷-深度曲线,并进行了压痕试验验证;基于压痕载荷-深度曲线计算得到不同方法下的拉伸性能参数,并与单轴拉伸试验结果进行对比,分析了试样厚度、相邻球压头距离等压痕试验参数对拉伸性能计算结果的影响。结果表明:采用三维建模方法得到的压痕载荷-深度曲线与球压痕试验得到的更吻合;由三维建模方法得到的表征应力、表征应变数据与拉伸试验得到的应力-应变曲线更吻合,抗拉强度和屈服强度计算值与试验值的相对误差均不超过1%,说明该方法能够准确地表征试验合金的拉伸性能;影响拉伸性能的临界试样厚度和临界相邻和压头距离均为压头半径的4倍。     

考虑应变梯度效应的低碳钢试样单向拉伸尺寸效应理论研究

采用二阶应变梯度塑性理论，得出伸长率、峰值应力后工程应力应变曲线和真应力应变曲线的解析解，结果表明三者均具有尺寸效应。将低碳钢试样的单轴拉伸简化为轴向的一维问题。采用拉伸过程中体积不变假设及平衡条件，将应变梯度引入屈服函数，得到伸长率、平均应变及真应变的解析式。理论结果完全反映伸长率与标定长度呈反比的客观事实。工程应力应变曲线尺寸效应可以在数值结果中找到佐证。拉应变局部化是三者尺寸效应的本质原因。     

材料局部力学性能测试方法

采用穿孔剪切试验和有限元模拟相结合的方法对材料的局部性能进行研究,通过将修正模拟阻力曲线与试验数据相匹配,在模拟分析中利用迭代修正的方法反向推导出材料的本构关系。由此提出利用穿孔剪切试验间接获得材料拉伸力学性能的基本方法。研究中以典型的车用铝合金材料(5052H34和6063T5)及紫铜作为测试对象,对该材料表征方法的精确性进行验证。分析表明,穿孔剪切试验结合有限元反求迭代技术获得材料拉伸应力－应变曲线关系与拉伸试验数据对比最大误差不超过5%,结果较为准确。该方法适用于微区或局部材料的力学性能表征,可为后续接头梯度力学性能研究提供参考。     

TC2钛合金焊接接头组织与性能的实验研究

分析了TC2钛合金焊接接头的显微组织结构，并综合焊接接头的显微硬度分布规律以及拉伸试验结果，分析了焊接接头不同区域的性能。结果表明，焊缝区为α α’魏氏组织，热影响区为魏氏α α’ 少量β组织；焊缝区的硬度最高，约高于母材50HV，塑性较差；热影响区的硬度较低，塑性较好，其强度是焊接接头部位的最薄弱区。焊接接头的延伸率比母材低88％，屈服强度略低于母材，极限强度与母材相当。     

Fe-3.0%Si-0.09%Nb取向硅钢的高温流变应力

通过热模拟试验机测定了Fe-3.0%Si-0.09%Nb取向硅钢在不同变形温度和应变速率下的真应力-真应变曲线,分析了变形参数对流变应力的影响规律,通过线性回归分析计算出该取向硅钢的热变形应力指数n以及变形激活能Q,并构建了流变应力本构方程。结果表明:该取向硅钢的真应力-真应变曲线为动态回复型,其变形时的流变应力主要取决于变形温度和应变速率;当应变速率一定时,流变应力随着变形温度的升高而减小;变形温度一定时,流变应力随着应变速率的增大而增大;用构建的Fe-3.0%Si-0.09%Nb取向硅钢流变应力本构方程计算得到的流变应力与通过试验测得的结果相吻合。     

尺寸效应对小冲杆试验方法评价拉伸性能的影响

为探究尺寸效应对小冲杆试验结果的影响,对镍基合金Incoloy 800H和低合金钢3Cr1MoV开展不同厚度试样(100～500μm)的小冲杆试验,并通过Ludwig硬化模型和有限元方法构建不同试样厚度下的力-挠度曲线和真应力数据库。基于数据库和小冲杆试验曲线获取不同试样尺寸下的真应力-塑性应变曲线。在此基础上预测了材料的强度性能,并建立了试样尺寸和流动应力以及强度性能的关系。结果表明,Incoloy 800H的拉伸性能随着试样厚度的减小逐渐增加,而试样尺寸对3Cr1MoV的拉伸性能影响很小。就拉伸性能对厚度不同的依赖关系进行探讨,为小冲杆试验方法预测拉伸性能时试样厚度的选择设计提供了依据。     

平纹编织C/SiC复合材料层合板偏轴拉伸性能研究

通过理论和试验方法,分析了平纹编织C/Si C复合材料的偏轴拉伸性能。在室温下进行(0°/90°)和(±45°)、(30°/60°)试件的轴向拉伸试验和(0°/90°)试件的面内剪切试验。结果表明,材料的面内力学性能与材料纤维的方向角有明显的关系。经典层合板理论在初始低应力阶段仍然适用于平纹编织C/Si C复合材料,但随着载荷的增大,由于拉剪损伤耦合效应的影响,计算的应力-应变曲线逐渐偏离试验曲线。根据试验数据,给出了拉剪耦合的影响公式,对经典层合板理论模型进行修正,由修正后模型得到的计算应力-应变曲线与实测曲线吻合很好。     

焊后涂装工艺对6063-T6铝合金MIG焊T型接头组织和性能的影响

采用金属熔化极惰性气体保护(MIG)焊制备6063-T6铝合金T型接头,之后对T型接头进行涂装,研究了焊后涂装工艺对接头组织与性能的影响。结果表明:涂装工艺对接头各区域晶粒形态和尺寸没有影响,涂装后热影响区中针状β″相析出量明显增加;焊后涂装可以显著提高接头的力学性能,抗拉强度较涂装前的提高了13%,热影响区的显微硬度较涂装前的提高了18.8%;涂装完成前,接头最薄弱区域为热影响区,而涂装完成后,最薄弱区域为焊缝处;涂装后镁、硅原子在热影响区富集形成溶质原子富集区(GP区),同时针状β″相析出量的增加干扰位错运动,导致热影响区的硬度大幅提高,而使焊缝处成为接头的最薄弱区域。     

补焊对30CrMnSiA高强钢焊接接头力学性能的影响

以30CrMnSiA高强钢原始焊接接头和一次补焊接头为研究对象,通过拉伸试验、疲劳试验及显微组织分析等方法研究了补焊对其焊接接头力学性能的影响。结果表明:经过补焊后,30CrMnSiA高强钢焊接接头的力学性能略微降低;热影响区是接头拉伸性能的薄弱部位,而焊趾处是接头疲劳性能的薄弱部位;补焊对焊缝附近的显微组织无明显影响。     

TC4钛合金高温热拉伸行为及本构方程研究

通过在RG2000-20电子万能试验拉伸机上进行热拉伸试验,研究了TC4钛合金在850℃~920℃温度范围内和应变速率为0.000 01~0.001s~(-1)条件下的流动应力行为,通过计算得到真实应力、应变曲线,分析了温度、应变速率对TC4钛合金高温热拉伸行为的影响。针对式样的塑性变形阶段使用Grosman方程,弹性变形阶段使用改进的Hooke Law,建立TC4钛合金在高温拉伸时的本构方程。