一个考虑循环应变幅值历史效应的粘塑性本构模型

本文提出了一个考虑材料应变幅值历史效应的粘塑性本构模型。在该模型中，引入了三个具有不同演化速率的背应力演化方程；建立了非弹性应变幅值历史记忆模型，对各向同性变形阻力，引入了具有先前加载历史记忆的演化方程。将本文模型用于１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢循环变形行为描述中，其预言结果与实验结果吻合得很好，表明该模型能很好地描述材料的循环应变幅值历史下的循环变形行为。     

非等温条件下非比例循环粘塑性本构描述

为了描述在非等温非比例循环加载下的循环变形行为，本文提出了一个考虑材料非比例循环附加硬化效应、非比例循环加载历史效应和温度历史效应的粘塑性本构模型．在该模型中，引入了具有三种不同演化速率的背应力演化方程；定义了新的非比例度；为了反映非比例循环历史和温度历史的影响，引入了表现各向同性变形阻力Ｑａｓｍ，并对各向同性的表现变形阻力引入了具有先前加载历史记忆的演化方程．将本文模型用于１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢高温循环变形行为描述，其预言结果与实验结果吻合得很好．     

循环塑性双曲面多轴本构模型研究

本文提出了一个考虑循环强化/软化效应、塑性应变幅历史效应以及非比例循环加载效应的双曲面模型。在模型中,引入了屈服面和极限面的演化方程;定义了循环应变路径的非比例度;给出了一套合理的确定模型参数的方法。将该模型用于调质热处理的42CrMo钢,模型预言的结果与实验结果吻合很好。     

对316L不锈钢的非比例循环粘塑性本构描述

对循环硬化的３１６Ｌ不锈钢提出了一个考虑非比例循环加载下流动和硬化特性的粘塑性本构模型。模型中，通过随动硬化的背应力演化以各向同性阻力演化非比例循环路径及其历史的依赖关系来表征材料的非比例循环附加硬化和非比例循环流动特性，将模型用于预测３１６Ｌ不锈钢的圆形，正菱形应变路径的复杂循环变形行为，其预言结果与实验结果吻合很好。     

SS304不锈钢高温非比例多轴循环变形行为的粘塑性本构描述

在350℃和700℃下SS304不锈钢的非比例多轴循环变形行为进行了系统的实验研究。在此基础上,在统一粘塑性本构理论的框架下改进和发展了一个新的循环本构模型。该模型给出了新的背应力演化方程,引入了非比例度参量,考虑了温度效应和最大塑性应变幅值记忆效应,能够对材料的高温非比例多轴应变循环变形行为和棘轮行为进行统一描述。模型的模拟结果与实验结果比较表明:该模型对SS304不锈钢高温非比例多轴循环变形行为的描述比较合理。     

96.5Sn-3.5Ag钎料合金的时相关单轴应变循环变形行为及其本构关系研究

在室温下对96.5Sn-3.5Ag钎料合金进行了不同加载波形下的单轴应变循环实验。研究了在具有不同保持时间、不同应变率、不同应变幅值及其历史对材料的循环变形行为的影响。基于材料时相关变形行为,提出了统一粘塑性本构模型,并对该材料的变形行为进行本构模拟。实验结果表明:该钎料合金单轴变形行为具有应变率、保持时间以及应变幅值依赖性。本构关系的预言结果与实验结果吻合得一致性说明该种模型能够很好地描述材料的单轴应变循环变形行为。     

循环软化45碳钢和循环硬化304不锈钢的棘轮行为实验研究

对循环软化45碳钢的单轴应力循环下的平均应力、应力幅值以及先前应变循环对棘轮效应的影响进行了实验研究;并对循环硬化的304不锈钢进行了多种非比例循环加载路径下路径形状、路径等效应力幅值、平均应变与平均应力对材料棘轮变形行为的影响实验．发现平均应力和应力幅值及其历史对于材料的棘轮行为都有很大的影响．     

一种考虑非比例附加损伤的多轴低周疲劳模型

在实际工作环境中,机械结构往往承受着多轴非比例循环载荷.相比多轴比例循环加载,多轴非比例循环加载由于产生了附加强化现象,造成机械结构疲劳寿命下降.通过分析薄壁圆筒管件在非比例加载工况下应力应变变化规律和发生破坏位置,本文基于临界面法提出一种考虑多轴非比例附加损伤的疲劳模型.该模型将最大剪切应变幅平面作为临界面,提出一个新的附加强化因子,结合临界面上切应变幅和正应变幅组成新的多轴疲劳损伤参量.此参量不仅考虑了非比例加载下临界面上正应变幅和切应变幅对材料造成的疲劳损伤,还考虑到应变路径的变化和材料非比例加载敏感特性对材料疲劳寿命的影响.考虑到实际情况下模型所需材料附加强化系数有时难以获得的情况,给出了材料附加强化系数的有关近似计算公式.只需要材料基本力学参数便可得到材料附加强化系数,方便工程实际应用.采用8种材料的多轴疲劳寿命数据对提出的新模型进行检验,结果表明所提出的新模型与传统多轴疲劳模型相比预测寿命精度更高.     

一种考虑非比例附加损伤的多轴低周疲劳模型

在实际工作环境中,机械结构往往承受着多轴非比例循环载荷.相比多轴比例循环加载,多轴非比例循环加载由于产生了附加强化现象,造成机械结构疲劳寿命下降.通过分析薄壁圆筒管件在非比例加载工况下应力应变变化规律和发生破坏位置,本文基于临界面法提出一种考虑多轴非比例附加损伤的疲劳模型.该模型将最大剪切应变幅平面作为临界面,提出一个新的附加强化因子,结合临界面上切应变幅和正应变幅组成新的多轴疲劳损伤参量.此参量不仅考虑了非比例加载下临界面上正应变幅和切应变幅对材料造成的疲劳损伤,还考虑到应变路径的变化和材料非比例加载敏感特性对材料疲劳寿命的影响.考虑到实际情况下模型所需材料附加强化系数有时难以获得的情况,给出了材料附加强化系数的有关近似计算公式.只需要材料基本力学参数便可得到材料附加强化系数,方便工程实际应用.采用8种材料的多轴疲劳寿命数据对提出的新模型进行检验,结果表明所提出的新模型与传统多轴疲劳模型相比预测寿命精度更高.      

非比例循环塑性和循环粘塑性本构描述的某些新进展

金属材料循环塑性本构方程和循环粘塑性本构方程是固体力学中近１０多年来一个十分重要的领域。本文评述了金属材料非比例循环塑性界限面本构理论、内时理论和循环粘塑性本构理论及其某些进展，对某些模型中非比例度定义，材料在复杂应变幅值历史、非比例循环加载历史以及其它历史下的强化规则和流动规则进行了分析与评价，在此基础上对循环本构理论的发展趋势提出自己的看法。     

ON NONPROPORTIONAL CYCLIC PLASTIC BEHAVIOR OF STEEL 40

An experimental investigation was carried out on the flow characteristicand hardening of steel 40 subjected to complex combined axial-torsional cyclicstraining. For a specific cyclic strain path, the steel has mainly cyclic softeningbehavior when the strain amplitude is small. While with an increase of the effectivestrain amplitude, the softening becomes small, but there is the cyclic softening eventhough the steel is subjected to the cyclic loading by a square strain path. However, thesteel has cyclic additional hardening by a nonproportional path, compared with theproportional cycling. Generally, the additional hardening is small and its historicaleffect is not obvious at small strain amplitude. The additional hardening is remarkableby a cross-triangular strain path of large strain amplitude. The memory of the historyof nonproportional cyclic loading, the direction of plastic flow and the plastic modulusof the steel were also studied.     

考虑塑性应变记忆恢复的循环棘轮本构模型研究

在统一粘塑性循环本构理论框架下,以Ohno-Abdel-Karim非线性随动硬化模型为基础,建立了一个循环本构模型。模型通过引入塑性应变幅值记忆效应,并在塑性应变记忆项中加入恢复系数,提高了对循环硬化材料单轴棘轮行为的预言能力。将模型应用于316L不锈钢单轴棘轮行为的描述中,模拟不同平均应力、应力幅值下的棘轮应变,均与实验数据吻合较好,证明本文改进的本构模型能合理地描述循环硬化材料的单轴棘轮行为。     

Constitutive modeling of cyclic plasticity deformation of a pure polycrystalline copper

Cyclic plasticity experiments were conducted on a pure polycrystalline copper and the material was found to display significant cyclic hardening and nonproportional hardening. An effort was made to describe the cyclic plasticity behavior of the material. The model is based on the framework using a yield surface together with the Armstrong–Frederick type kinematic hardening rule. No isotropic hardening is considered and the yield stress is assumed to be a constant. The backstress is decomposed into additive parts with each part following the Armstrong–Frederick type hardening rule. A memory surface in the plastic strain space is used to account for the strain range effect. The Tanaka fourth order tensor is used to characterize nonproportional loading. A set of material parameters in the hardening rules are related to the strain memory surface size and they are used to capture the strain range effect and the dependence of cyclic hardening and nonproportional hardening on the loading magnitude. The constitutive model can describe well the transient behavior during cyclic hardening and nonproportional hardening of the polycrystalline copper. Modeling of long-term ratcheting deformation is a difficult task and further investigations are required.     

考虑路径相关性的非比例循环塑性本构模型

根据非比例加载下金属材料响应的延迟特性及加载路径相关性,选取沿应力迹法向的塑性应变的累积量作为非比例加载影响的度量,相应给出反映非比例附加强化的变量,并假设其模量和强化率与加载路径的几何参数相关．为反映由于非比例加载而引起的材料强化的异向效应,在Valanis的塑性内时响应方程中引入与加载路径几何性质有关的应力项,构成非比例循环塑性本构关系．对316和304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的应力响应进行了理论预测,与Benallal等及McDowell的实验结果取得了良好的一致．