激光淬火U71Mn钢轨面淬硬层的材料参数反演分析

对激光淬火U71Mn钢轨淬硬层和母材进行纳米压痕试验,由载荷-压深曲线计算得到弹性模量和纳米硬度;建立淬硬层纳米压痕的轴对称有限元模型,基于幂强化模型并结合迭代法对载荷-压深曲线进行反演分析,确定幂强化模型的材料参数,并对反演分析的有效性进行验证。结果表明:淬硬层的平均弹性模量和纳米硬度分别为220.3,11.8GPa,与母材相比分别提高了4.9%和187.8%,且二者在淬硬层中分布较为均匀,仅在边界处发生突变;反演分析得到淬硬层的特征应力为3 146.0MPa,特征应变为0.038,应变硬化指数为0.64,名义屈服强度为498.3MPa;由反演分析得到的应力-应变曲线与给定参数确定的应力-应变曲线的吻合程度较高,说明此反演分析方法有效。     

调质42CrMo钢的弯曲微动疲劳实验研究

针对循环软化材料调质42CrMo钢进行了常规弯曲疲劳实验和弯曲微动疲劳实验,分析了常规弯曲疲劳和弯曲微动疲劳之间的差异,并讨论了循环弯曲载荷对疲劳寿命的影响。通过分析不同弯曲载荷下弯曲微动疲劳试样断口的形貌和不同循环次数下微动损伤的情况,揭示调质42CrMo钢弯曲微动疲劳过程中的损伤特性。研究结果表明:同一循环载荷作用下,弯曲微动疲劳的寿命明显低于常规弯曲疲劳的寿命;随着循环弯曲载荷的增大,弯曲微动疲劳的寿命降低更明显;微动引起的局部接触疲劳和局部塑形变形促进了弯曲微动疲劳裂纹的萌生和进一步扩展。     

室温下20钢高周次单轴棘轮行为的实验研究

通过对20钢的单轴应变控制循环和应力控制循环实验研究, 揭示了20钢在室温下的循环变形特性, 讨论了材料的循环软/硬化特性和材料的屈服平台以及平均应力、应力幅值和应力比对材料高周次棘轮行为的影响. 研究表明: 20钢表现出弱的、与应变幅值相关的循环硬化特性; 其棘轮行为依赖于平均应力、应力幅值和应力比的大小, 在高应力水平时的高周次循环后期, 棘轮变形会出现<再次增长的现象; 材料的屈服平台对棘轮行为有明显的影响, 在对20钢的棘轮行为进行本构描述时需要加以合理考虑.     

316L不锈钢室温和高温单轴循环塑性流动特性分析

在316L不锈钢室温、高温单轴应变控制和应力控制下的系统循环试验结果基础上，对两种控制模式下循环过程中的塑性流动特性进行了定量分析。揭示和分析了循环就变幅值、平均应变、温度及其历史与应变循环下以及应力幅值、平均应力、温度及其历史与应力循环下塑性模量演变规律之间的关系和影响。研究中着重讨论了循环棘轮行为与塑性模量和累积塑性应变之间关系。研究表明，应变循环中塑性模量的演变规律明显不同于非对称应力循环，室温和高温下非对称应力循环中的棘轮效应由塑性模量和积累塑性应变的演变规律共同决定。     

SiC_P/6061Al复合材料高温单轴拉伸时相关棘轮行为的细观本构模型

以已有试验研究和细观本构框架为基础,在新发展的非线性随动硬化律中引入反映热恢复效应的修正项,得到了一个新的细观粘塑性循环本构模型;采用该模型对SiCP/6061Al复合材料在高温(300℃)下的时相关单轴拉伸和棘轮行为进行了模拟。结果表明:修正项的引入有效提高了模型对SiCP/6061Al复合材料高温单轴棘轮行为及其时间相关特性的预测能力。     

增材制造材料缺陷表征及结构完整性评定方法研究综述

金属增材制造过程中不可避免地会产生气孔和未熔合缺陷。尽管采取参数优化和后热处理能够在一定程度上降低缺陷水平,但至今尚无有效方法予以完全消除。这些缺陷作为典型的应力集中源,会诱导疲劳裂纹形核,从而大幅降低材料的疲劳强度和寿命,被视为增材构件可靠性服役的“顽疾”。从静态缺陷表征、动态缺陷演化、缺陷分级、缺陷-疲劳强度设计方法以及缺陷-疲劳寿命评估技术等五个方面论述增材制造缺陷与疲劳行为的研究进展。重点介绍借助X射线成像技术开展缺陷特征及演化的三维、无损、可视化表征与定量统计方法;进一步地,论述基于同步辐射光源的原位力学和疲劳测试系统及表征方法及其在原位、无损、实时、动态追踪缺陷或者裂纹演化机制方面中的应用;增材缺陷具有全域分布、形态多样、尺寸跨度大等特征,总结六种缺陷等级判断方法;在缺陷容限和损伤容限框架内,建立基于材料表面/亚表面/内部缺陷特征的疲劳强度和寿命评价方法。最后,指出借助数据驱动的高通量试验平台和机器学习算法、多尺度多物理场数值模拟是实现增材制造材料工艺设计-缺陷表征-性能评价一体化研究的重要研究课题。     

退火42CrMo钢的棘轮-疲劳交互作用及其失效模型

在室温下,对退火42CrMo钢的单轴棘轮行为以及棘轮-疲劳交互作用进行了系统的实验研究。结果表明:非对称应力循环下产生的棘轮变形会缩短材料的疲劳寿命,材料在非对称应力循环下的低周疲劳寿命受到平均应力、应力幅值、最大应力和应力比等多种因素的影响。在对实验结果分析与讨论基础上,针对棘轮-疲劳交互作用,提出了一个基于最大应力和应力比的、简单而合理的疲劳失效寿命估算公式。该模型考虑了棘轮变形对疲劳寿命的影响。与实验结果的对比表明:该公式能较好的估算各种非对称应力循环下的低周疲劳寿命,所有计算结果均在2倍分散带内。     

形状记忆聚氨酯热力耦合变形行为实验和有限元模拟

在室温下对形状记忆聚氨酯进行不同应变率下的单调拉伸实验,结合红外测温仪对试样表面温度进行同步监测,研究拉伸过程中的热力耦合效应。结果表明:当应力达到屈服峰后,分子链解缠导致了屈服软化,同时分子链之间的摩擦诱发了局部化温升;随着载荷继续增加,分子链在拉伸方向优先取向导致应变硬化发生,响应的应力和温度不断升高。同时发现,屈服峰和局部化温升均随着应变率的增加而显著增加,然而材料耗散生热诱导的应变软化和应变硬化之间存在竞争机制,使得局部化塑性流动过程对应变率的敏感性降低。基于有限元软件ABAQUS建立板状试样拉伸的有限元模型,对形状记忆聚氨酯的拉伸变形进行热力耦合分析。通过比较不同时刻的塑性应变场和温度场云图发现,局部化的塑性流动和温升均从初始缺陷处萌生,并逐渐向中间移动直至扩展到整个试样。进而提取不同加载速率下的平均温升曲线与实验结果进行了对比,发现二者吻合度较高。     

SS304不锈钢单轴时相关棘轮行为的本构描述

在SS304不锈钢室温和高温单轴时相关棘轮行为实验研究的基础上,基于Abdel-Karim-Ohno非线性随动硬化律,发展了一个新的统一粘-塑性本构模型.由于该模型考虑了具有应力保持时间和高温下不可忽略的静力恢复或热恢复效应,通过与实验结果的比较发现,新发展的统一粘-塑性本构模型对室温和高温下的时相关棘轮行为均能给予合理的预测结果.     

W型试样在测量断裂韧度中的合理性分析

Ｗ型试样在核反应堆压力容器用材料的断裂韧度测试中具有良好的应用前景。本文利用弱塑性有限元方法,通过与标准比例的紧凑拉伸试样（ＣＴ试样）的比较,分析满足Ｊ主导条件的Ｗ型试术在测量断裂韧度中的合理性。研究表明,在常用的裂纹长度和韧带长度范围内,Ｗ型试样在断裂韧度的测量中是合理而可行的。