材料循环软化性能对安定极限载荷的影响

针对材料的循环软化性能对结构安定极限载荷的影响展开研究。以机械结构中常用的具有循环软化性能的Q235材料为研究对象,通过拉伸试验和循环加载试验进行相应的力学性能测试,进而以安定性分析研究中带中心圆孔方板这一典型结构为例,基于上述试验所测定的材料性能参数,对其受均布拉伸载荷循环作用情况下的安定极限载荷进行了有限元分析,并对方板进行了安定极限载荷的物理试验测试。结果显示,通过拉伸试验及循环加载试验所测得的Q235的屈服强度分别为293. 1和251. 3 MPa,采用以循环加载试验测定的屈服强度得到的方板的安定极限载荷,较采用拉伸试验的减小约14. 1%,且更接近试验测试结果。     

GS-20Mn5钢非对称循环应力-应变本构模型及其应用

在实际工程中,机械结构件承受反复载荷时,内部往往是非对称的应力应变状态。在非对称循环加载条件下,材料不仅会表现出循环软/硬化特性,还会表现出平均应力松弛行为。这会影响其在循环稳定状态下的力学性能,进而影响结构在相应工况下承载服役的强度安全性。针对大型压机本体结构常用GS-20Mn5钢进行了单向拉伸及应变比R为0.5,应变幅0.20%、0.25%、0.27%、0.30%和0.40%的非对称应变循环加载试验研究,分别构建了基于单向拉伸试验结果的A-F随动硬化模型,以及基于非对称循环加载的Landgraf模型来描述其平均应力松弛特性,将其应用到Ramberg-Osgood公式中,结合A-F非线性随动硬化模型,建立了非对称循环加载条件下对应于循环应力-应变曲线的本构模型,并确定了相应模型参数。针对承受非对称循环载荷的某大型锻造液压机上横梁,应用所建立的本构模型分别进行了安定性数值分析,评估了其在循环载荷下的弹塑性强度安全性。结果显示,与采用单向拉伸条件下的A-F模型时的计算结果相比,采用非对称循环应力-应变本构模型时上横梁的安定极限载荷提高了约7%。     

TRIP型双相不锈钢Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si在循环变形条件下的力学特性

通过系列循环加载实验,研究了TRIP型双相不锈钢Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si在循环变形条件下的力学特性,同时结合TEM分析,讨论了微观机理。结果表明,Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢在单调加载条件下力学性能优异,表现出TRIP型双相不锈钢典型的"三阶段"硬化特征;Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢的循环硬化/软化特性对应变幅和循环周次敏感。在小应变幅下,Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢先初始循环硬化(循环周次N5 cyc),随后大幅循环软化后逐渐稳定。而在大应变幅下,Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢变形初期(N5 cyc)迅速循环硬化后,持续循环软化,未达循环稳定而直至疲劳失效。循环变形过程中铁素体相中形成的位错墙是Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢整体循环软化的主要原因;而较大应变幅下奥氏体会发生循环诱导ε马氏体相变,抑制软化,从而使得Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢循环软化率随(塑性)应变幅的增大表现出先快速增大,后缓慢增大,最后降低的趋势。相比于单调加载状态,Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢随应变幅的增加表现出"硬化→软化→再硬化"规律。另一方面,Fe-19.6Cr-2Ni-2.9Mn-1.6Si钢循环应力幅与塑性应变幅间(lgσa-lgεa)表现出三阶段的线性关系,对应的循环硬化指数(n')分别为:0.16 (阶段Ⅰ)、0.09 (阶段Ⅱ)和0.17 (阶段Ⅲ);各阶段n'的变化分别与两相间协调变形(Ⅰ→Ⅱ)及循环诱导ε马氏体相变(Ⅱ→Ⅲ)有关。     

大型复杂结构安定性数值分析的新方法及其应用

大型复杂结构承载后普遍存在局部高应力区,特别是某些巨型结构,由于受几何尺寸和制造能力的限制,其局部高应力往往会接近甚至超过材料的屈服极限,因而成为弹性范围内的设计难题。应用安定性分析设计准则,则可通过利用材料的塑性承载能力很好地解决这类问题。为此,在大型复杂结构的强度分析中引入安定性理论,应用Melan安定下限定理,通过将峰值载荷下的弹塑性应力场与弹性参考应力场相减,构造定理要求的自平衡应力场,并推导了相应的安定性判定条件。在此基础上,结合弹塑性增量有限元技术,通过不同载荷水平下的加载-卸载计算,计算相应载荷水平下的残余应力场。根据加载-卸载得到的残余应力场与构造的自平衡场的关系,按照安定性判定条件确定安定极限载荷,从而建立了一种适合于大型复杂结构安定性数值分析的新方法,并应用该方法对某125MN锻造液压机的主液压缸缸体结构进行了安定性分析。     

小变形循环载荷下Q235材料特性的试验研究

为进一步挖掘材料的承载能力,以焊接结构常用材料Q235为研究对象,通过应变控制下的循环加载试验,得到了Q235在小变形量循环载荷作用下的应力应变曲线及特征,应力随循环周次的变化规律,并给出了相应的数学模型。试验结果表明,Q235在小应变对称循环载荷作用下表现出循环硬化特性和包申格效应,随循环周次的增加,循环硬化速率和包申格能量参数变化率最终均会达到一个稳定值;Q235在小应变非对称循环载荷作用下的变形特征,可以看作是其对应变初值和对称应变循环载荷叠加作用的响应,且随循环周次的增加,材料响应应力峰值与屈服应力逐渐回归于相同幅值对称应变作用下的相应数值。     

560 mm伺服辊锻机结构特点及有限元静力学分析

新开发的560mm伺服辊锻机与传统辊锻机相比,在结构上更加紧凑美观,生产效率更高。     

拉深筋结构参数与约束阻力的回归正交试验

利用拉伸筋试验系统,通过回归正交试验的方法对梯形拉深筋结构参数与拉深筋约束阻力的定量关系进行实验研究,建立了梯形拉伸筋结构参数与约束阻力关系的一次线性回归方程,并对回归方程和偏回归系数的显著性进行了F检验,校验了回归方程的准确性;分析了梯形拉伸筋结构对约束阻力的影响规律:凸筋圆角半径、凹槽半径对约束阻力具有显著性影响,筋高对约束阻力影响不显著。用结构参数实际值与板材厚度t的比值替换回归方程中的试验因素,保证了回归方程的通用性,实现了通过回归方程即可根据梯形拉伸筋结构参数预测出板材通过拉深筋时的约束阻力,为冲压模具拉深筋设计提供了基于实验的可靠依据。     

欠弯曲形成机理及临界凹模肩宽研究

为揭示欠弯曲的发生机理,探求其发生的临界条件,采用数值模拟、理论分析与实验研究相结合的方法,对板材的V形弯曲过程进行了深入探讨.提出板材与凹模接触处因接触应力过大而导致发生局部塑性变形是欠弯曲发生的根本原因,并进一步提出了临界凹模肩宽判据,结合弹塑性弯曲及接触力学理论,建立了临界肩宽的理论分析模型,设计了相应的弯曲实验装置,并进行相关实验研究.实测数据与本文给出的理论模型计算结果吻合较好,表明本文所建立的计算模型在弯曲变形满足平截面假设时具有较高的计算精度.     

给定预紧力下组合机架的上限载荷计算

针对传统预紧组合结构机架预紧力计算模型的不足,以承载下立柱上端内侧角点处的压应力等于零为临界开缝判据,在给定预紧力下,建立综合考虑弯曲和拉压变形的液压机上限载荷的计算模型,结合平衡和变形协调条件,推导出了典型预紧组合结构液压机承受中心载荷时上限载荷的计算公式,并以某厂的120MN大型自由锻造液压机本体为原型,设计并制备了1∶15的金属模型压机,利用该模型压机对所提出的计算模型进行了实验验证。实验结果表明,该计算模型是准确可靠的,较传统理论的计算精度有大幅提高。     

Fe-19Cr-0.2Ni-5Mn-0.2Si在循环加载下的马氏体相变规律及其影响

 相变诱导塑性(TRIP)双相不锈钢具有优良的强度和塑性,且兼顾经济性,因此工业应用潜力很大。而厘清TRIP型双相不锈钢在循环加载下产生的马氏体相变对其循环力学性能的影响规律,是促进其进一步开发及工业化应用的基础。以TRIP型双相不锈钢Fe-19Cr-0.2 Ni-5Mn-0.2Si为研究对象,开展循环性能及相变特征研究。应用INSTRON试验机,分别进行拉伸试验和应变幅为0.6%的对称循环加载试验,测定试验钢的拉伸力学性能及循环软硬化性能。在循环加载过程中,应用铁素体测量仪测量不同循环周次下的马氏体转变量,分析马氏体相变特征。利用透射电镜,观测典型循环周次下的微观结构,分析马氏体相变和位错结构演化规律。进而,研究马氏体相变和位错结构演化对循环软硬化性能的作用机制。结果表明,试验钢在拉伸条件下,表现出明显的TRIP效应;循环初期马氏体转变速率较快,之后转变速率逐渐降低并且逐渐趋于零;循环软硬化特征可分为3个阶段,初始循环硬化、循环软化和二次循环硬化阶段;初始循环硬化由两相中位错的增殖引起的硬化效应起主导作用;随后的循环软化,由铁素体中低能位错结构所引起的软化效应起主导作用;在二次循环硬化阶段,相变马氏体对材料的硬化起主导作用。总的来说,马氏体相变对试验钢循环加载初期的循环软硬化性能影响较小,但对循环后期的性能影响较大。