单轴压缩金属粉末材料屈服准则研究

基于塑性泊松比与相对密度的关系,在单轴压缩受力状态下建立金属粉末材料的致密化模型,探讨材料的致密化过程.通过对椭球体屈服准则几何性质研究,推导了屈服准则扁率、第一偏心率和第二偏心率等椭球体几何参数的表达形式.将单轴应力屈服准则与多种经验屈服准则进行对比,分析椭球体几何参数随相对密度的变化趋势.结果显示:单轴压缩致密化过程中,致密化模型预测相对密度与试验结果的最大相对误差为1.27%;单轴应力屈服准则和经验屈服准则的椭球体几何参数表现出一致的强化规律.     

AZ91铸造镁合金屈服行为实验研究

摘要：在室温下,本文通过压剪试件（SCS）法对AZ91铸造镁合金进行不同加载速率下（4.8/48/480mm/min）的复合压剪实验,对AZ91铸造镁合金复杂应力状态下的力学行为进行研究。再结合单轴拉伸实验、单轴压缩实验和“帽型”试件剪切实验的结果,得到AZ91铸造镁合金的实验初始屈服面。通过实验,以及实验屈服面、Ellipse准则理论屈服面和极限应变能强度理论（LESET）屈服面的比较,可以发现：在本文研究的应变速率范围内（0.01～1s-1）,AZ91铸造镁合金弹性阶段具有明显的应变率负敏感性,初始屈服强度随着应变速率的增大而减小;Ellipse准则对AZ91镁合金屈服的判定优于LESET,可以比较准确的描述AZ91铸造镁合金在复合压剪应力状态下的屈服行为;由实验屈服面和Ellipse准则理论屈服面可以初步判断,正应力对AZ91铸造镁合金的屈服具有促进作用,而静水压力对其有抑制作用。     

AZ91铸造镁合金屈服行为的实验研究

在室温下,通过压剪试件(SCS)法对AZ91铸造镁合金进行不同加载速率下(4.8、48、480 mm/min)的复合压剪实验,研究AZ91铸造镁合金复杂应力状态下的力学行为。结合单轴拉伸实验、单轴压缩实验和"帽型"试件剪切实验的结果,得到AZ91铸造镁合金的实验初始屈服面。通过实验,以及实验屈服面、Ellipse准则理论屈服面和极限应变能强度理论(LESET)屈服面的比较,可以发现:在研究的应变速率范围内(0.01~1 s-1),AZ91铸造镁合金弹性阶段具有明显的应变率负敏感性,初始屈服强度随着应变速率的增大而减小;Ellipse准则对AZ91镁合金屈服的判定优于LESET,可以比较准确地描述AZ91铸造镁合金在复合压剪应力状态下的屈服行为;由实验屈服面和Ellipse准则理论屈服面可以初步判断,正应力对AZ91铸造镁合金的屈服具有促进作用,而静水压力对其有抑制作用。     

铍粉热等静压成型的数值模拟

应用实测Shima屈服函数描述金属铍粉末热等静压的屈服特征,然后基于MSC. Marc有限元分析软件对铍柱热等静压成型过程进行数值仿真和分析.模拟结果显示:致密化过程主要在升温段的后半程完成,最高相对压制密度可达0.98;成型后除铍柱上下端面附近外,等效应力、应变在绝大部分区域分布均匀.对比铍柱实测尺寸,仿真模拟最大误差轴向为1.58%,径向误差为1.8%.这表明,应用本文实测屈服函数对铍粉末冶金过程的仿真可以获得较高精度,从而为铍构件的近净成型提供可信的参考.     

复合加载工况下PA66的屈服行为研究

利用万能试验机对PA66进行3种应变率加载的单轴压缩、单轴拉伸和复合拉剪的准静态实验。研究表明,各种工况下PA66的屈服行为和硬化行为均表现出明显的应变率敏感性。利用改进的拉剪试样,引入5种不同角度的斜槽(30°,40°,45°,60°,75°),通过对PA66正、剪应力分量的分析可知,随着斜槽角度的增加,拉剪试样的正应力分量逐渐增大,而剪应力分量则逐渐减小。通过对比3种考虑材料静水压相关性和拉压强度不对称性的屈服准则,确定了描述PA66屈服行为的理论模型,并利用材料不同的应变率的实验屈服轨迹对相应应变率的屈服函数进行验证,提出的改进拉剪试样所得实验屈服轨迹与理论屈服函数吻合得很好,进一步验证了复合拉剪测试方法的可靠性。     

冲击载荷下赤铁矿动态抗压强度及破碎特性

基于连续-非连续单元方法(CDEM),通过在单元中引入线弹性模型,在虚拟界面中引入内聚力模型,实现了外加载荷下岩体损伤破裂过程的模拟.基于霍普金森杆(SHPB)实验的基本原理,建立了直径为50 mm、厚度为25 mm的赤铁矿数值试样模型.借助CDEM探讨了加载应变率为40、80、120、160、200 s-1五种工况下数值试样的动态本构曲线、动态单轴抗压强度、能耗密度、试样破裂度及特征破碎尺寸,获得了与相关SHPB实验基本一致的结果.结果表明:在单元本构及虚拟界面本构中未引入应变率效应的情况下,数值试样的动态单轴抗压强度仍然表现出较强的应变率相关性;随着加载应变率的增加,试样峰值强度按幂函数形式从277 MPa增大至310 MPa,数值试样中用于损伤破裂的能耗密度增大,且能耗密度与试样破裂度及特征破碎尺寸密切相关.     

铁电-铁弹材料的非线性本构关系及其有限元实施

分析了铁电-铁弹材料在极化过程中的滞回曲线, 根据以往的实验结果提出了一系列假设, 建立了电致屈服与应力屈服准则和等向强化模型, 提出了在屈服阶段增量形式的流动法则, 用唯象的方法提出了力-电耦合的非线性本构关系, 推导了适用于有限元计算的非线性本构关系的矩阵格式. 计算了矩形的铁电-铁弹材料试件在电场作用下从初始未极化状态至过极化状态, 然后在单轴压力作用下的去极化过程. 并与实验结果进行了比较.     

显微组织特征对粉末热等静压TA15钛合金拉伸性能及断裂韧性的影响

粉末热等静压（HIP）是实现高质量复杂薄壁钛合金构件近终形制造的有效解决方法，近年来引起了广泛的关注，但关于微观结构特征对粉末热等静压钛合金强化和增韧机制的报道很少。为此，采用热等静压方法制备粉末TA15钛合金，用于探索不同热等静压温度下的显微组织特征以及相应的拉伸性能和断裂韧性。结果表明，当热等静压温度低于950°C时，合金为由板条集束及板条团簇周围的细小等轴晶组成“网篮组织”。当HIP温度高于950°C时，显微组织逐渐转变为魏氏组织，同时晶粒尺寸显著增加。拉伸强度和伸长率分别从910°C试样的948 MPa和17.3%降低到970°C试样的861 MPa和10%。相应的拉伸断裂模式从穿晶塑性断裂转变为包括晶间解理的混合断裂。试样的断裂韧性从910°C试样的82.64 MPa·m1/2增加到970°C试样的140.18 MPa·m1/2。低于950°C的试样由于原始颗粒边界(PPB)的存在而容易形成孔洞，不利于增韧。由于Widmanstatten结构的裂纹偏转、裂纹分支和剪切塑性变形，950°C以上的试样具有较高的断裂韧性。该研究为粉末HIPed钛合金的研制提供了有效的参考。     

几种各向同性屈服准则的比较分析

为对新屈服准则进行深入研究,本文比较并分析了H.Tresca和Von.Mises屈服准则,M-C和D-P屈服准则,双剪和三剪屈服准则的发展及应用,重点介绍了以上不同类型屈服准则的基础理论,并对比了其几何意义、适用性以及实验验证结果;最后指出,对于今后屈服准则的研究可考虑从完善传统屈服准则屈服面不封闭以及重视相应的实验验证两方面来深入进行.     

Drucker-Prager系列屈服准则在稳定分析中的应用研究

Drucker-Prager(D-P)系列屈服准则作为Mohr-Coulomb(M-C)准则的修正模型在岩土工程中得到了广泛应用.然而采用不同的D-P系列屈服准则可能会得到差距较大的结果,文中对不同D-P系列屈服准则进行了比较系统的比较,指出了D-P系列屈服准则相互之间的关系,揭示了准则的物理意义,给出了不同准则之间的转换公式,论证了准则转换强度折减的本质,进而提出了一种在D-P系列屈服准则间进行边坡安全系数转换的新方法.采用ANSYS软件通过算例分析,对比不同D-P准则计算结果,得出了一些有益的结论,数值分析结果有力地验证了本文有关理论的正确性.     

基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型分析

千枚岩由于成岩历史及赋存环境不同,内部的初始孔隙率不同,力学性质也相差很大。因此,在研究千枚岩的力学性质时,考虑初始孔隙率是非常有必要的。基于岩石的应变强度理论和Drucker-Prager(D-P)屈服准则,考虑了初始孔隙率对力学性质的影响,结合千枚岩的应力应变曲线,建立了基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型。并通过对千枚岩岩样进行核磁共振试验和单轴压缩试验进行了验证。结果表明:建立的损伤模型能够较为准确的描述不同初始孔隙率条件下千枚岩的应力应变关系。本文模型对于千枚岩的损伤软化问题以及千枚岩力学性质的研究具有重要意义。     

钨异形件等离子喷涂近净成形技术研究

采用等离子喷涂近净成形技术制备钨喷管、钨药型罩等薄壁或复杂形状零部件,研究热等静压温度、压力及处理时间对其致密度、组织结构、显微硬度及拉伸强度等性能的影响.研究结果表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为85.6％,其显微硬度和拉伸强度等力学性能偏低.经低压热等静压( 1600℃,10 MPa,60 min)、高压热等静压(1600℃,150 MPa,120 min)及二步热等静压(1600℃,10 MPa,60 min和1600℃,150 MPa,120 min)处理后,随着热等静压压力的升高以及处理时间的延长,钨构件的相对密度、显微硬度及拉伸强度逐渐增大,多面体再结晶晶粒逐渐长大,沉积层仍保持原始的层片结构.然而,当热等静压温度显著升高及时间延长(2000℃,10 MPa,360 min),样品由层片结构转变为颗粒结构,再结晶晶粒显著长大,断口呈典型的穿晶断裂形貌.     

凹土棒石的物理力学性质实验及数值模拟研究

针对凹土棒石前期处理环节中的破碎机粘刀和刀具损耗严重等问题,开展一系列的室内实验对凹土棒石的力学性质进行研究.首先由力学实验得到:随着含水率的增加,凹土的单轴抗压强度逐渐降低;三轴试验测得凹土弹性模量为0.98 GPa,黏聚力为2.40 MPa.进而开展离散元数值模拟实验,标定不同含水率下模型的细观力学参数并与室内实验结果进行对比验证,深入分析不同含水率下凹土的宏细观力学特性.结果表明:随着含水率的增大,试样内部的有效配位数在减小;含水率越大的试样加载结束后孔隙率增加的程度越大,孔隙率的增大将导致宏观力学性质的衰减.所得结果有利于优化凹土棒石在不同含水率下的工业处理流程.     

Cam-Clay模型在Si3N4陶瓷粉末冷分析中的应用

分析了Si3N4陶瓷粉末在冷等静压(CIP)和模压下的材料致密化特性,讨论了常用的Shima模型的计算结果,与文献中的实验数据对比表明:Shima模型不能给出理想的分析结果,且材料性能数据的选取颇有争议.而岩石力学中的Cam-Clay模型的计算结果却与实验数据相当吻合,这为Si3N4陶瓷粉末的冷压分析提供了理论基础.     

2124铝合金蠕变时效本构方程

在185℃下,对2124铝合金试样进行了200、225和250MPa 3种应力水平下的多组单轴拉伸蠕变时效实验,发现在恒定温度下,实验应力越大,时效时间越长,蠕变行为就越明显;根据蠕变理论和实验曲线,建立了2124铝合金在185℃及不同应力水平下的本构方程;利用SPSS和Origin软件,得到了蠕变本构方程中的常数。蠕变实验数据点和拟合曲线的比较说明,所得的本构方程能较好地描述2124铝合金在185℃及不同应力条件下的蠕变行为.     

单轴压缩剪应变局部化带分布的数值模拟及其对最大有效力矩准则的验证

基于应变软化理论, 模拟岩石加载应力时出现局部化韧性剪切带到发育褶劈理的过程, 从而验证最大有效力矩准则的有效性。根据相关试验规程和标准规定的试样形状、尺寸和应力加载速率, 采用FLAC^3D软件, 对岩石试样在单轴轴对称压缩条件下局部化剪切带的形成过程进行数值模拟, 应变软化后得到的共轭剪切应变集中带共轭夹角为107.7°, 论证了最大有效力矩准则的109°规律, 同时也合理解释了横切面的剪切应变等值线的随机性表现。     

Nb-V低碳微合金钢等温淬火过程析出行为

利用透射电镜和纳米压痕仪对Nb-V低碳微合金钢中纳米碳化物的析出行为进行研究.研究结果表明,在700℃等温60min试样中,可同时观察到相间析出和弥散析出,在其余试样中均未观察到相间析出,此规律可以通过相变过程中的扩散准则和台阶机制来解释.另外,纳米压痕结果显示在600℃等温20min试样中,平均硬度为3.87GPa,650℃等温20min试样中,平均硬度为4.10GPa,且通过TEM观察可以看出,650℃等温20min中试样析出物数量密度较大且分布均匀.利用Ashby-Orowan机制对析出强化量进行计算,可以得出在650℃等温20min试样中,析出强化对整个屈服强度的贡献量可以达到110MPa.     

Ti6Al4V合金粉末高温高压成形过程中粉固界面及其耦合变形研究

通过数值模拟和热等静压(HIP)试验,研究Ti6Al4V合金粉末热等静压成形过程中与包套的接触状态,建立热等静压力学模型以及摩擦因数的力学方程,基于数值模拟结果,根据粉末致密化理论就接触模型对摩擦因数、相对密度、相对位移的影响进行分析和讨论。研究结果表明:在热等静压过程中,Shima模型对描述Ti6Al4V合金粉末的致密化过程具有较高精度,圆柱试验件尺寸数值模拟结果与试验结果的相对误差在5%以内;Stick-slip模型对于摩擦因数的变化过程以及相对位移的变化趋势的预测结果与实际一致,摩擦因数稳定值为0.15;Bilinear模型对于相对密度变化趋势的预测结果与实际一致,相对密度误差为1%;采用Stick-slip模型可以准确地预测包套的变形及粉末的致密化过程。     

热等静压316L不锈钢致密体的组织与性能

采用热等静压方法对气雾化316L奥氏体不锈钢粉末致密化,用箱式电阻炉对致密体进行了固溶处理,研究了固溶前后致密体的显微组织和力学性能,并对其拉伸断口形貌进行了分析．结果表明：热等静压态致密体密度接近理论全致密,内部组织为细小的奥氏体,存在较多的碳化物,抗拉强度、屈服强度分别达到595．3MPa和263．3MPa,延伸率为58．3％,硬度为HBS152．3;固溶处理使致密体强度和硬度降低,塑性增加,且随着固溶温度的提高,强度迅速降低,塑性明显提高,最佳固溶温度为1050℃;在固溶温度为1050℃和水冷的情况下,最佳保温时间为20min;固溶处理前后拉伸试样断口呈现明显的韧性断裂,固溶韧性好于固溶前的,均高于热轧态产品的韧性．     

定向脉冲气流TG-CVI法致密C/C复合材料工艺及性能

以液化气为碳源前驱体,氮气为稀释气体,采用定向脉冲气流TG-CVI法,对初始密度为0.14 g·cm^－3的普通碳毡进行致密化处理.研究在不同试验条件下C/C复合材料的致密化过程和密度分布,借助偏光显微镜观察其微观组织,扫描电子显微镜观察其断口形貌,采用三点弯曲法测定C/C复合材料的抗弯强度.结果表明:在热端温度为1 080 ℃、脉冲压力为－3~0 kPa的条件下,经70 h致密化,C/C复合材料的表观密度可达1.836 g·cm^－3,且密度分布均匀;组织为粗糙层(RL)和光滑层(SL)的混合型组织;试样断口形貌呈渐变的锯齿状分布,纤维以拔出为主,表现为假塑性断裂特征,抗弯强度为83.91 MPa.