弯扭耦合作用下缺口根部应力应变分析

对于单轴加载下缺口根部的应力应变,已有的理论方法能够取得很好的效果。但对于多轴加载情况,利用理论方法得到的结果并不理想。因此利用弹塑性有限元软件ANSYS计算缺口根部应力应变关系,确定危险点位置。计算过程中利用MPC单元实现弯扭耦合载荷的加载,该单元能够更好地模拟弯扭耦合加载情况,减小因加载条件引起的误差。根据计算结果对缺口根部应力应变进行分析,研究缺口深度对应力应变的影响,定量给出缺口深度与缺口根部应变分量的关系。     

动力蓄电池包冲击累积损伤数值模拟研究

分析了车用电池包(Pack)在多次冲击载荷作用下的累积损伤。应用Hypermesh建立了Pack的有限元模型,使用LS_DYNA显式求解器求解了冲击载荷作用下Pack结构的动态响应,得到冲击载荷作用下Pack结构的von Mises应力和塑性应变分布情况及最大值,然后采用LS_DYNA重起动技术实现损伤状态参量传递,进而实现考虑初始损伤结构在多次冲击载荷作用下的应力状态及塑性应变累积分析,最后采用Johnson-Cook失效模型评估了结构损伤,得到Pack结构损伤的分布。     

多轴随机应变加载下铝合金缺口件有限元分析及寿命预测

在应变控制下对7075-T7451铝合金实心棒带U型环状缺口试件进行拉—扭比例、非比例恒幅和随机加载疲劳试验。查明名义剪切应力最大值与轴向应力最大值的下降规律,并用两者最先开始下降时的循环数比值来评估裂纹萌生寿命。利用弹塑性有限元法分析不同加载条件下试件缺口根部的循环应力、应变响应。基于有限元计算得到的应力、应变结果,采用拉伸型多轴疲劳损伤模型预测随机加载条件下缺口试件的疲劳裂纹萌生寿命,计算结果与试验得到的寿命比较吻合。     

弯扭耦合加载下缺口试件临界面确定方法研究

临界面法在多轴疲劳研究中得到广泛应用,对于光滑试件连续函数加载情况,可以利用理论方法计算其应力应变关系及临界面位置。对于缺口试件,由于存在应力集中,很难利用理论的方法计算其缺口根部的应力应变关系及临界面的位置。文中借助有限元法对缺口试件根部进行应力应变分析,并利用坐标变换原理确定最大剪切应变幅所在的平面,定义最大剪切应变幅所在的平面为临界损伤面,从而明确了缺口试件临界平面的确定方法。利用新的方法对不同加载条件及缺口参数的临界面位置进行分析,定量给出了临界面位置与缺口深度及载荷幅值的关系。     

考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法研究

针对局部应力应变法在多轴缺口件疲劳寿命研究中未考虑应力梯度的问题,提出了考虑等效应变、非比例附加强化和应力梯度效应的多轴疲劳损伤参量.考虑剪应力和正应力梯度效应对材料疲劳损伤的影响,引入综合反映剪应力和正应力共同作用的等效应力梯度因子;基于Von Mises等效应变准则,结合Man-son-Coffin方程,建立了一种考虑缺口件临界面上应力梯度效应的寿命预估模型方法,并且使用航空材料GH4169试件进行试验验证.结果表明,考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法的预测结果优于局部应力应变法.     

含冲击凹坑缺陷的ZM6材料疲劳试验与寿命预估方法研究

制备了ZM6镁合金材料的光滑试样、缺口试样以及含冲击凹坑缺陷的试验件,并对这些试验件进行了疲劳试验测试,获得了含冲击缺陷时不同应力水平下试验件的疲劳寿命.基于连续损伤力学理论,在高周疲劳损伤演化模型的基础上,提出了一种新的多轴疲劳的损伤演化模型,用于描述凹坑局部材料的疲劳损伤.采用Abaqus软件对凹坑缺陷的形成过程进行模拟,得到了凹坑缺陷的几何形状和局部的残余应力应变场.通过Abaqus子程序Usdfld将材料本构和损伤演化进行耦合,从而实现含凹坑缺陷结构件疲劳寿命的计算.结果 显示,预测的中值寿命结果与试验中值寿命结果一致,误差在两倍误差带内,符合工程使用的要求.     

随机加载下缺口局部应力应变的弹塑性有限元计算

根据材料在塑性变形后引起的各向异性和Bauschinger效应,利用Jhansale模型原理,对缺口件在随机加载下的缺口根部的局部应力和应变进行弹塑性有限元分析,有限元分析采用了随动强化模型,并考虑材料瞬态局部应力应变的响应特性,最后,将本文有限元的局部应力应变历程分析结果与工程上常用的Neuber法进行了比较。     

基于连续介质损伤力学的7075铝合金高温成形极限理论预测与数值仿真

开展7075铝合金高温单向拉伸试验和成形极限试验，获得了不同温度和应变率的应力-应变曲线和成形极限曲线。结果表明，在较高的温度和应变率时7075铝合金的强度减小、成形性提高。为描述7075铝合金高温损伤演化过程，提出一种改进的连续介质损伤模型，并建立了耦合损伤的多轴统一黏塑性本构模型。基于试验结果，运用NSGAII遗传算法标定了模型中的参数，标定后的本构模型可以很好地预测7075铝合金的高温热力行为和极限应变。通过有限元软件Abaqus的用户材料子程序VUMAT，该本构模型被编入到Abaqus软件中进行数值仿真计算。结果表明，仿真获得的成形极限曲线和应变场分布与试验和理论结果吻合度好，进一步证明了所建立的耦合损伤的多轴本构模型的正确性及其在高温成形极限有限元仿真中的适用性。     

基于改进应变能密度法的电动轮自卸车车架焊缝疲劳寿命预测

针对复杂载荷作用下焊接结构应力应变响应出现非完全封闭而交叉的现象,考虑封闭环以外的塑性应变能密度,提出了一种改进的应变能密度计算方法。通过设计制作对接接头试验试件,开展了焊接接头机械性能和疲劳试验研究,获取了Ramberg|Osgood方程参量并构建了基于总应变能密度的疲劳损伤模型。建立了电动轮自卸车车架有限元模型,开展了车架焊缝多载荷步非线性有限元分析。结合新方法和数值模拟得到的应力应变响应计算危险点各应变能密度,依据拟合的疲劳损伤模型进行寿命预测,计算结果与实际失效位置和开裂时间吻合较好。     

基于GTN模型的20钢孔洞扩张比数值模拟

孔洞扩张比VG可以作为描述钢材损伤时微孔洞演化情况的细观损伤变量,GTN模型可用于金属塑性材料的细观损伤有限元模拟。应用GTN模型模拟20钢圆棒型缺口试件拉伸过程的不同阶段,得到细观损伤参量应力三轴度Rσ、等效塑性应变εp、孔洞体积百分数f及孔洞扩张比VG在试件中心截面的变化规律。结果表明:在整个拉伸过程中,上述参数的数值随着载荷的增加而增大,且εp对VG的影响较大。当试件断裂时,试件缺口截面中心位置的细观损伤参量值大于缺口根部的值,此时20钢的临界孔洞扩张比VGC为3.134。     

缺口件两轴循环弹塑性有限元分析及寿命预测

利用弹塑性有限元模拟,对高温两轴比例与非比例拉扭应变循环加载下的光滑薄壁管件与缺口轴类件进行研究.材料弹塑性特性用Von Mises屈服准则、多线性运动硬化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述.采用柱坐标系下在试样一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变加载.对光滑薄壁管件的后处理结果与试验结果比较,证实了这种方法的正确性和可用性,进而应用到缺口件,得到缺口根部局部的循环应力应变响应.基于有限元数据,采用Kandil-Brown-Miller法和Smith-Watson-Topper法预测了缺口件疲劳裂纹萌生寿命.     

多轴加载下缺口件弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

利用有限元分析软件ANSYS,得到了承受拉扭循环载荷的缺口试件缺口的处精确应变数值,给出了引起疲劳破坏的危险点。在临界平面法的基础上,考虑到法向正应变对疲劳寿命的影响,建立了一个新的多轴疲劳寿命预测模型,该模型可以较好地预测缺口试件的疲劳寿命。     

6063铝合金在不同应力状态下的变形及损伤行为

用平板拉伸、缺口拉伸、剪切试验结合断口形貌观察及有限元模拟等方法,对6063铝合金在三种不同应力状态下的变形及损伤行为进行了研究.结果表明:在不同应力状态下该合金的变形及损伤行为存在明显的差异,剪切时材料的断裂应变远大于平板和缺口拉伸时的,而缺口拉伸时材料的屈服强度及峰值应力大于平板拉伸时的;平板拉伸时试样为拉剪混合型断裂,断口由一定比例的韧窝和剪切平面组成;缺口拉伸时试样有明显的颈缩,断口以韧窝为主;剪切断口以剪切平面为主;损伤行为的有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

Creep stress redistribution in notched bars

The finite element method has been used to determine stress and strain histories in circumferentially notched bass which undergo creep due to steady loading. A semi-circular notched bar and a British Standard V-notched bar are studied. Stationary-state stress distributions for the circular notch are relatively smooth; those for the B.S. notch are non-uniform and peaks develop adjacent to the notch tip where plane strain conditions prevail. High values of the first stress invariant can be obtained from both types of notch. Strain gradients are shown to occur for both notches. Times required to achieve a stationary-state of stress have been determined for both notches; in general the values are much higher for the B.S. notch.     

复杂应力状态下高温高强度铝合金LD8热疲劳特性的研究

利用带缺口试件进行了同相和异相热疲劳试验，并借助轴对称热疲劳力学行为的有限元数值分析程序，计算和分析了缺口处的复杂应力和应变，探讨用当量应变范围和当量塑性应变能密度评价热疲劳寿命的可能性。结果表明，在一定加载范围内，当量应变范围和当量塑性应变能密度都可以作为评价复杂应力状态下热疲劳寿命的有效力学参量，而且不受试件形状和尺寸的影响。     

纤维环向缠绕复合材料气瓶冲击损伤容限研究

为研究纤维缠绕复合材料层CNG气瓶冲击后损伤容限问题,采用疲劳应变比率作为损伤变量,建立疲劳累积损伤模型;对气瓶缠绕层的冲击损伤剩余强度采用开孔等效计算方法,应用Nuismer—Whitney平均应力准则,关联疲劳累积损伤函数中的最大应力与拉伸载荷下的含孔层合板剩余强度的关系,建立适用于在疲劳载荷下的含孔层合板结构剩余强度的估算方法,用于复合材料CNG气瓶冲击剩余强度的预测。结果表明,文中提出的分析模型预测结果与专家提出的复合材料气瓶冲击损伤评定标准基本吻合。     

Observation of notch effect in Al6061-T6 specimens under tensile loading using digital image correlation and finite element method

The fracture of ductile materials such as Al6061-T6 usually starts from void nucleation. In this study, we investigated strengthening effect and stress triaxiality behavior in notched Al alloy specimens. Various specimens, one un-notched and two with different U-types of notch, one with large diameter (L-notched) and another with small diameter (S-notched), having the same width were selected. The distribution of strain in the full-field was examined using the digital image correlation (DIC) method. Under the tensile test, S-notched specimens showed a more pronounced strengthening effect than the L-notched specimens. The results of DIC confirmed that the notch tip of the S-notched specimen experienced high strain, while the L-notched specimen experienced high strain at the center. The maximum stress triaxiality moved rapidly from the notch tip to the center with the increase in notch radius over 10 mm. The results of the stress triaxiality analysis by finite element method were in good agreement with the above DIC measurement results and predicted the void generation and fracture sites in L-notched and S-notched specimens.     

LZ50钢车轴的旋转弯曲疲劳性能

在LZ50钢车轴上制取了光滑试样和环形缺口试样,按照AAR M-101-2009新标准测试了其旋转弯曲疲劳性能,并观察了断口形貌。结果表明:光滑试样的旋转弯曲疲劳裂纹萌生于试样表面,而环形缺口试样的裂纹萌生于缺口前缘,并呈多源开裂形式,两种试样均形成与轴向垂直的平断口;当车轴的拉伸强度提高5%后,其光滑试样旋转弯曲疲劳性能也得到明显提高,环形缺口试样虽中值疲劳强度比光滑试样的降低18%,但其旋转弯曲疲劳极限缺口敏感系数仍与国外碳素钢车轴保持在同一水平上。