火焰筒热疲劳分析与寿命估计

发动机火焰筒的热疲劳损伤是导致火焰筒失效的主要原因.在火焰筒温度急剧变化过程中,结构上存在温升滞后现象,热冲击载荷造成局部高温区压缩塑性变形;在持续升温与停车降温过程中,结构自身约束导致此处形成拉伸应力,引发循环塑性行为,从而产生疲劳裂纹.基于该机理,采用有限元方法模拟不均匀温升和循环过程及应力应变的变化,并结合Coffin-Manson规律对火焰筒寿命进行预测,与实际情况对比,说明该机理的合理性.     

γ-γ'双相镍基高温合金蠕变损伤的微观分析

用晶体热粘塑性模型研究了镍基合金中γ与γ'相的非弹性行为,进行了在晶体塑性理论基础上考虑镍基高温合金中的随机分布相结构对其蠕变与损伤过程的数值模拟.模拟假定合金中γ'相的尺寸及分布具有随机性,γ与γ'相在高温下的变形、损伤用温度相关的晶体粘塑性损伤本构关系进行计算,计算结果与周期体胞模型进行了比较.结果表明:γ'相随机分布模型能够反映镍基合金微观变形和应力分布不均匀、局部剪切变形和可能的破坏倾向;该模型的蠕变分析结果较周期体胞模型合理.     

晶体塑性模型在单晶铜低周疲劳行为中的应用

关注循环载荷作用下晶体滑移变形中的非线性硬化现象,用改进的晶体塑性模型刻画单晶金属在循环载荷作用下的变形机理.通过试验和数值模拟,研究单晶铜在循环载荷作用下的Bauschinger效应、滞回特性和循环硬化等循环塑性现象.所得结果表明,文中提出的模型可以有效地描述单晶金属在循环载荷下的非线性变形过程,可以与有限元方法结合,用数值模拟再现试样在循环加载中的Bauschinger效应、滞回特性和循环硬化等塑性变形行为.     

非均质材料微成形过程的晶体塑性模拟

微塑性成形中,由于参与变形的晶粒数量有限,材料非均质现象显著,基于均匀化假设的宏观弹塑性模型不再适用,为了研究有限数量晶粒组成的材料塑性变形过程,需结合其微结构与微观塑性变形机制.参照金属材料的微结构,构建了非均质多晶模型,采用晶体塑性本构关系和Cauchy应力更新算法,设计了材料子程序(VUMAT),对含不同晶粒数目的圆形板料拉深过程进行模拟分析.研究表明,非均质多晶板料成形的筒形件具有明显制耳,但制耳轮廓无规律.晶粒数目增加会弱化材料非均质现象,使制耳高度降低,但又引起晶粒间约束增强,使拉深力小幅增长.     

循环压缩应力作用下的疲劳裂纹扩展机制研究

裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展已经被实验证实,但是由于难以进行观测因而无法准确描述,另外裂纹面在压缩载荷的作用下会出现闭合现象也增加了问题的复杂性。文中通过有限元方法,建立三种几何条件的裂纹模型,考虑裂纹面接触问题,进而对循环压缩载荷作用下的裂纹萌生扩展进行分析。结果表明,裂尖区域在循环压缩载荷作用下的残余拉伸应力是导致裂纹扩展的重要因素。同时,还对不同裂尖几何在裂纹描述的合理性方面提出一些看法。研究表明,裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展能力是有限的、稳定的。