内压弯管在面内循环弯曲载荷作用下棘轮效应的研究

利用多轴试验机研究了内压及面内循环弯曲载荷作用下低碳钢弯管的棘轮效应。试验研究表明最大棘轮应变发生在顶线位置的环向。对于个别试件,内缘线位置也发现了环向棘轮应变,但所有试件的外缘线位置均未发现棘轮应变。内压不变时棘轮应变速率随面内循环弯曲载荷的增大而增大;面内循环弯曲载荷不变时,棘轮应变速率随内压的增大而增大。通过用户编程,采用Chen—Jiao—Kim随动强化模型,利用弹塑性有限元法对弯管进行了循环塑性分析。与试验结果相比,Chen—Jiao—Kim随动强化模型能给出较好的预测。采用C—TDF提出的等效塑性应变增量控制法确定了结构的棘轮边界。     

内压直管对称循环弯曲棘轮效应实验研究

利用多轴疲劳实验机及自行设计的准三点弯曲实验装置，对20钢直管在不同内压与不同循环弯曲载荷下进行棘轮应变测试。棘轮应变由应变计检测，直管径向变形由自行设计的径向位移引伸计检测。实验发现，内压直管在一定循环弯曲载荷作用下，将首先沿环向产生棘轮应变，随着载荷的增加，轴向也将产生棘轮应变，但较环向小。随着棘轮应变的产生，直管圆截面变为椭圆截面。无论是不同试件，还是同一试件的多载荷步实验，均发现相同内压下，循环弯曲载荷增大，棘轮应变速率增大；相同循环弯曲载荷下，内压增大，棘轮应变速率增大。多载荷步加载时，以往棘轮应变会降低应有的棘轮应变速率，尤其在较大的载荷下先发生棘轮应变后，这种影响十分明显。利用直管准三点弯曲实验装置，确定内压直管循环弯曲的棘轮边界。     

基于线性匹配方法的核电站弯管在循环载荷下的安定性分析

进行了核电站90°弯管在内压和面内弯曲载荷作用下的棘轮效应试验,并采用数值方法研究了90°弯管的极限载荷、安定载荷和棘轮边界。利用理想弹塑性有限元分析,基于两倍弹性斜率准则和切线相交准则分别确定了90°弯管单独承受内压和弯曲载荷的极限载荷;利用线性匹配方法确定了90°弯管在单独内压和弯曲载荷以及两者共同作用下的极限载荷和安定载荷;利用Ohno-Wang模型,结合C-TDF弹塑性有限元分析方法和线性匹配方法分别确定了90°弯管的棘轮边界;最后,对弹塑性有限元方法和线性匹配法确定的棘轮边界进行了比较。结果表明：两倍弹性斜率准则、切线相交准则和线性匹配方法确定的极限载荷误差为10.78%,其中弹性迭代的线性匹配法能高效、快速地进行计算。比较C-TDF法和线性匹配法确定的棘轮边界,结果发现：当内压在20~35 MPa之间时,两种方法确定的棘轮边界吻合很好;当内压小于20 MPa时,两种方法的预测结果呈现不同的趋势。     

内压弯管受对称面外弯曲时的棘轮应变有限元分析

利用有限元法，采用弹性理想塑性模型，对受对称面外弯曲的内压弯管进行循环塑性分析。计算结果表明，在一定载荷作用下，弯管中部两顶线与内缘线之间有较大的塑性应变累积，且塑性应变区域随加载次数增加而增大。分析发现，棘轮应变沿多个方向发生，但以径向与环向为主，棘轮应变可用等效塑性应变描述。通过计算不同载荷下棘轮应变速率，得出结构的棘轮应变边界。由于采用弹性理想塑性模型，棘轮应变速率恒定，所得棘轮应变边界偏于安全，可供工程设计参考。     

多种循环加载制度下Q235材料性能试验

对Q235钢进行了变应力载荷幅值及不同预变形和载荷保持时间等条件下的循环加载试验,并分析了其力学响应和材料性能。研究结果表明：Q235钢在应力控制的循环加载过程中表现出明显的循环软化特性和棘轮效应,棘轮应变的大小主要取决于载荷水平;当循环载荷逐级增大时,前期的变形会导致后期的棘轮应变增大;而当循环载荷逐级减小时,后期的棘轮应变值取决于最大载荷时的棘轮应变,且棘轮应变率接近于零;当预变形的响应应力峰值小于后期控制应力峰值时,预变形对材料的棘轮效应具有抑制作用,且预变形量越大,抑制效果越明显;载荷保持时间延长会使材料的棘轮应变增大,棘轮应变率增大,从而加速材料失效。     

内压圆筒斜接管在面内循环弯曲载荷作用下的棘轮效应研究

利用自行设计的圆筒斜接管面内弯曲加载装置,采用电阻应变法,在多轴疲劳实验机上对面内循环弯曲载荷作用下的20#钢内压圆筒斜接管进行了棘轮效应试验研究,发现斜接管结构的锐角区存在棘轮应变,且主要发生在第一主应变方向即指向焊缝的方向。对于所研究的结构,最大棘轮应变点出现在对称面锐角区的接管侧。采用阶梯加载的方法获得了结构的棘轮边界点。利用修正的Jiang-Sehitoglu随动强化模型(MJS)对结构进行了循环塑性分析,并按日本三维有限元应力评价委员会(C-TDF)提出的等效塑性应变增量控制法确定了结构棘轮边界线,可用于评价结构的塑性安定性。     

温度对循环载荷作用下内压直管棘轮效应的影响

为了保障核电压力管道安全运行,本文研究了温度对核电站一回路辅助奥氏体不锈钢Z2CND18．12N内压直管在循环载荷作用下棘轮效应的影响。非线性随动硬化模型和C—TDF方法分别用来评定循环载荷作用下内压直管的棘轮效应和棘轮边界。结果发现,直管的棘轮应变主要发生在环向,初始棘轮应变率较大,然后随着循环圈数减小;棘轮应变随着温度的增加而增大;内压直管的棘轮边界与温度无关。     

薄壁管液压胀形加载路径研究

采用塑性变形理论研究了薄壁管液压胀形过程中轴向载荷与内压力的变化情况。在两种不同变形方式下对薄壁管胀形过程进行分析，分别就两种变形方式提出了薄壁管胀形过程中轴压与内压的理论计算方法，获得了管材在不同应变比下变形时的载荷变化曲线，探讨了薄壁管胀形工艺中确定加载路径的变化范围。     

聚醚醚酮的室温单轴棘轮行为

在室温下对聚醚醚酮(PEEK)进行一系列非对称应力控制的单轴循环棘轮变形试验,研究了应力水平、加载历史、应力速率和峰值应力保持时间对PEEK棘轮行为的影响规律。结果表明：PEEK在非对称应力循环加载下产生了明显的棘轮行为,棘轮应变包含可恢复的黏弹性应变和不可恢复的黏塑性应变;棘轮应变和棘轮应变速率均随着应力水平的增加而增大;PEEK的棘轮行为具有明显的加载历史效应,高平均应力的加载历史会抑制后续低平均应力循环过程中棘轮变形的发生,低平均应力的加载历史对后续高平均应力循环过程中的棘轮变形影响不大;PEEK的棘轮行为具有明显的时间相关特性,应力速率越低、峰值应力保持时间越长,棘轮应变越大。     

金属板材循环拉压加载中力学行为的演化

在曲梁往复弯曲过程中,曲梁上任意质点均发生循环拉压加载变形,但目前对往复弯曲过程中的力学行为仍不明确。为深入认识往复弯曲变形过程中宏观力学行为的演化规律,采用对称恒应变幅控制方式进行低周次不同应变幅值条件下的小应变循环拉压加载试验,研究了304不锈钢和ST12冷轧板两种材料循环拉压加载条件下的宏观力学表现,探究了弹性模量、屈服应力和塑性模量随循环周次的变化规律和预应变对稳定滞后回线的影响。试验研究表明:304不锈钢和ST12两种材料均具有循环软化特性;经循环拉压加载后,两种材料的弹性模量、屈服应力和塑性模量发生明显改变,而且拉压不具有一致性;循环拉压加载可湮灭预应变造成的材料力学性能初始差异,使材料力学性能变得均匀一致,也间接证明了往复弯曲可将同层纤维力学性能均匀化,为新本构关系的构建奠定了基础。     

含腐蚀缺陷弯管的极限载荷分析

应用有限元分析软件ANSYS对含腐蚀缺陷弯管在内压载荷作用下进行有限元分析。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响,并根据Binfu失效准则,计算分析出弯管不同缺陷尺寸对弯管极限载荷的影响、弯管缺陷处的应力分布状态以及缺陷处随内压改变而变化的应力应变图。根据腐蚀区的应力应变图,对模型的塑性极限载荷压力进行预测,得出了缺陷尺寸对塑性极限载荷的影响及变化规律。     

轴向移动温差作用下焦炭塔筒体循环塑性分析

对焦炭塔材料15Cr Mo R在20℃、200℃、300℃及400℃下进行单轴拉伸试验与单轴棘轮效应试验,利用OW-II随动强化模型对材料的棘轮应变进行预测,模型能较好地预测材料稳定段的棘轮应变率。运用动态坐标系法对焦炭塔进油及进水两种工况进行瞬态温度场分析,确定轴向移动温差及其特征量,为焦炭塔循环塑性分析确定简化的温差特征载荷。对焦炭塔筒体进油生焦及进水冷焦两种工况进行循环塑性分析,发现进油及进水轴向温差渐变范围下对齐时结构具有更大的棘轮应变率,内压循环的同时作用会增大结构的棘轮应变。通过参数化计算,确定焦炭塔结构的棘轮边界,当进水轴向温差高度较小时棘轮边界受内压循环的影响较大。     

PE100管的室温单轴应变循环行为与棘轮效应

在室温下对聚乙烯(PE100)管分别进行了单轴拉伸试验、扭转对称应变循环试验和单轴棘轮效应试验,探讨了不同应变速率下PE管的应力-应变响应,分析了循环应变幅、应变幅历史对应变循环特性的影响以及均值应力和幅值应力及其加载历史对PE100管棘轮变形的影响。结果表明:PE100是一种率相关循环软化材料,无论应变循环特性还是单轴棘轮行为,两者都强烈依赖于当前的载荷条件和既往加载历史;PE100管存在产生循环硬化的对称扭转应变幅阈值,其值为5%,当PE100管经历大于该阈值的循环后再经历后续小应变幅循环时会发生一定程度的硬化,但静置后这种硬化现象又会消失,表现出时效恢复特性。     

焊接变形预测中基于假定热应变法的弹性有限元建模

传统的固有应变法在固有应变载荷的施加中,因难以准确反映实际固有应变分布规律而影响焊接变形预测精度。通过传统等效载荷法与应变直接边界法的融合优化,所提出假定热应变法能够有效弥补传统载荷法逐层输入固有应变载荷的失真,以及应变直接边界法无法预测凸型角变形及纵向弯曲的不足。同时,该方法通过等效力学模型综合考虑多样的固有应变分布,使由凸型角变形和凹型纵向弯曲组成的马鞍形屈曲变形实现准确的分析计算。通过试验、热-弹塑性有限元模型,应变直接边界法弹性模型和假定热应变弹性模型综合比较,研究5052铝合金平板堆焊下所形成的屈曲变形。结果表明,假定热应变弹性模型对屈曲变形实现准确和快速的预测,可以应用于大型焊接结构及激光增材制造中的变形预测,并能够为固有应变理论中实现实际固有应变分布的转换提供新的思路。     

双相不锈钢各组相循环变形行为的纳米压痕试验和有限元表征方法研究

对双相不锈钢的奥氏体相和铁素体相,分别开展了不同加载模式（接触载荷和压入位移）和不同加载波形下的单向、循环纳米压痕试验,对比分析了两相的基本力学性能和压痕循环变形行为的演化规律。基于压痕试验结果和修正ABDEL-KARIM-OHNO非线性随动硬化准则的弹塑性本构模型,提出一套双相不锈钢奥氏体相和铁素体相的塑性和循环塑性行为的本构模型参数表征方法。通过对微结构代表性体积单元整体拉伸和循环变形行为进行模拟,并与宏观试验结果对比,验证了参数表征方法的合理性。研究结果表明,铁素体相的强度、硬度和抗棘轮变形的能力均高于奥氏体相,两相之间通过晶界产生一定的交互作用;在接触载荷控制的循环加载条件下,奥氏体相与铁素体相均产生明显的压痕棘轮现象,且载荷水平越高压痕棘轮变形程度越大;所发展的本构模型参数表征方法可为研究多相材料各组相、小体积材料的循环变形行为提供借鉴和参考。     

模拟海洋复杂载荷条件复合管道性能测试装备

复合管道在海洋工况中承受内压和弯曲等复杂载荷,并受温度和弯曲速率的影响,进而产生大变形而失效。考虑内压和弯曲这一典型的组合载荷,并针对复合管道温度相关和率相关的特性,设计机械结构、液压回路和测试系统,搭建模拟海洋复杂载荷条件复合管道性能测试装备。装备能在控制温度和弯曲速率的基础上,对复合管道同时施加内压和弯曲载荷,测试复合管道在大变形下的力学性能。目前该装备设计方案已获得国家发明专利授权。     

面内循环弯矩作用下内压筒体斜接管结构棘轮边界的确定

利用正交设计方法,确定了16个内压筒体斜接管结构的尺寸参数,采用MJS模型按照等效塑性应变增量控制法对这些结构在面内循环弯矩作用下的棘轮边界进行了计算,并采用最小二乘法对无量纲化的棘轮边界进行了拟合。利用多元回归分析法找到了拟合公式中各系数与结构参数的关系,从而确定了内压斜接管结构棘轮边界的经验公式。根据此式,讨论了不同的结构参数对棘轮边界的影响。     

管材弯曲中应变中性层位移的分析

在管材弯曲变形系统研究中,为了进一步揭示管材弯曲的变形机理并促进管材精确弯曲和数字化弯曲技术的快速发展,利用板弯曲理论在平面应变条件下推导出弯管应变中性层半径和外侧管壁厚变薄量的近似计算公式,并且在考虑弯曲外侧管壁厚变薄的情况下分析弯管应变中性层沿半径方向的变化.根据应变中性层半径与弯曲半径之比小于1的关系,证明弯曲过程中应变中性层向弯曲中心移动.指出应变中性层的内移量与相对弯曲半径成反比.根据部分弯曲试验和有限元模拟结果的比较,证明管壁厚变薄计算相对准确,但由于忽略了垂直于弯曲平面方向的变形影响,且未计入材料性能参数而导致计算值偏大,有待进一步修正.     

考虑棘轮效应的高速轮轨粗糙表面法向接触刚度研究

轮轨接触表面状态直接影响轮轨接触刚度,而高速列车轮轨滚动接触过程中,轮轨表层材料产生弹塑性变形,且轮轨接触表面在循环接触载荷作用下,轮轨表层材料塑性变形累积产生棘轮效应,因此,研究高速轮轨法向接触刚度时要考虑棘轮效应。基于Weierstrass-Mandelbrot函数分形理论建立高速轮轨滚动接触粗糙度数值模型,考虑轮轨滚动接触棘轮效应,采用非线性有限元软件ABAQUS建立高速轮轨滚动接触微观有限元模型。数值计算结果表明:接触载荷作用下考虑轮轨弹塑性变形可更为准确分析高速轮轨法向接触刚度;循环接触载荷作用下,钢轨表层材料等效塑性应变随接触载荷循环次数增加先增加后趋于稳定,从而导致轮轨接触刚度也先下降然后趋于稳定;在相同接触载荷循环次数作用下,法向载荷对高速轮轨接触刚度影响明显,而摩擦因数对轮轨法向接触刚度影响较小。     

基于Hypermesh和Abaqus的压力锅扣合强度仿真分析

本文以某型号压力锅为研究对象,利用Hypermesh和Abaqus仿真软件对压力锅外锅厚度分别为1.2mm和1.0mm的几何模型进行扣合强度仿真分析,结合实际水压测试工况下的内压加载方式,得到压力锅在承受不同内压载荷下的受力变形情况,从而为电压力锅扣合结构的优化提供了依据和借鉴。