022Cr17Ni12Mo2不锈钢缺口件有限元模拟

针对022Cr17Ni12Mo2不锈钢半圆形缺口件以及U形缺口件进行了一系列室温下的应力控制低周疲劳试验.应用Abaqus软件进行有限元模拟,采用非线性随动硬化、各向同性属性混合模型和单轴循环应力应变曲线描述材料的弹塑性特性.模拟结果与试验结果吻合.     

考虑附加强化效应的多轴稳态循环塑性本构模型

已有试验结果表明,非比例循环加载下应变主轴连续旋转,导致多滑移系开动,阻碍材料内部形成稳定的位错结构,使非比例加载下的应力-应变曲线高于比例加载下的应力-应变曲线,从而产生非比例附加强化现象.由此,从应力空间表述的塑性增量本构模型一般形式出发,建立一个能够反映非比例附加强化效应的稳态循环塑性本构模型.在Armstrong-Frederick模型背应力演化方程的基础上,新模型通过引入非比例度因子和附加强化系数,构建了一个新的背应力演化方程.然后,通过一致性条件建立塑性模量方程与背应力之间的关系.同时,利用最小法向应变范围,提出一种计算非比例度因子的新方法,并针对一般的多轴加载情形,明确最小法向应变范围的计算步骤.新模型从加载路径和材料本身两个方面来考虑非比例附加强化效应的影响,克服Armstrong-Frederick模型中材料常数确定方法繁琐,且通过单轴疲劳试验数据确定的材料常数不能很好地反映材料非比例附加强化现象的不足.应用新模型时,仅仅需要3个独立的常规力学参量和2个疲劳参数,便于工程应用.利用多种多轴加载路径下S460N钢和304不锈钢的试验结果对模型进行验证,预测结果与试验结果吻合良好.     

合金钢的高温单轴棘轮效应实验研究1.25Cr0.5Mo

利用MTS810电液伺服试验机在300℃温度下对1.25Cr0.5Mo合金钢进行了单轴棘轮效应实验研究,探讨了温度、应力幅值、应力峰值、平均应力以及加载历史对材料棘轮效应的影响.以0.1%/s及0.2%/s两种不同的应变加载速率分别对材料进行单轴拉伸实验,结果表明1.25Cr0.5Mo合金钢在所研究的温度范围内的变形行为是率无关的;在0.4%应变幅值下进行了单轴应变循环实验,响应应力幅值随循环次数几乎没有变化,可视为循环稳定材料;单轴棘轮效应实验表明棘轮应变速率随平均应力、应力幅值及温度的升高而增大;棘轮变形依赖于加载历史,先前较大的循环应力对后继较小的循环应力下的棘轮变形起抑制作用.     

高温多轴载荷下低周疲劳寿命预测

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行550℃下多轴低周疲劳试验,定义主应变比用以考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响.针对各路径和各幅值下的循环软化特性进行分析,对比结果表明：路径对循环软化特性的影响大于应变幅值对循环软化特性的影响,其软化程度随扭转载荷所占比例增加而增加.采用最大正应变方法、最大剪应变方法和von Mises等效应变法进行疲劳寿命预测,结果表明：最大正应变方法针对扭转路径得到的预测结果偏于安全;最大剪应变方法预测扭转路径较好,但对于单轴路径给出的预测结果过于不安全;等效应变法得到的预测结果偏于保守.     

光滑薄壁管件的多轴循环弹塑性有限元分析

为数值模拟构件在多轴循环加载下的应力应变响应,利用ANSYS分析软件对承受高温2轴比例与非比例循环拉扭加载下的光滑薄壁管件进行了弹塑性有限元分析．分析模拟过程中,采用von Mises屈服准则、多线性随动强化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述材料高温弹塑性特性．采用柱坐标系下在试样一端加轴向位移和周向位移来实现拉扭应变加载．通过对光滑薄壁管件的后处理结果与试验比较表明,采用的循环弹塑性有限元分析得到的结果与试验结果相吻合．     

基于数值模拟和神经网络的应变路径控制方法研究

在金属塑性成形过程的应变路径控制中，控制模型的建立是一关键。文中所采用的应变路径控制模型是建立在材料物性参数m值实时辨识前提下以数值模拟和神经网络技术为基础的控制模型。根据上一步加载材料的实际应变增量、所加应力增量以及材料所在的应力状态识别出材料物性参数m值，再根据材料加载后的应力状态、目标应变增量以及识别所得m值，由训练好的识别应力增量的人工神经网络产生应加的载荷增量。在MTS试验设备上进行了薄壁管拉扭试验，通过试验过程中的实际应变路径与想要得到的目标应变路径的比较，验证了在正确识别材料物性参数前提下，基于数值模拟和神经网络的应变路径控制方法的正确性。     

硫酸盐侵蚀与干湿循环下混凝土本构关系研究

为了研究硫酸盐环境下混凝土单轴受压应力-应变关系,对质量分数为10%的Na_2SO_4,10%的MgSO_4溶液中干湿循环作用下的混凝土进行单轴受压试验,分析了硫酸盐溶液种类对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量及应力-应变全曲线的影响,并对损伤层混凝土的力学性能进行分析.结果表明:混凝土应力-应变曲线随侵蚀时间增加呈现扁平,整体右移,硫酸镁溶液中侵蚀300d后损伤层应力-应变曲线上升段轻微上扬,并出现下凹现象.峰值应力在侵蚀前期下降缓慢,在侵蚀240d后快速下降;弹性模量呈现先增大,后降低趋势;峰值应变在侵蚀240d后快速增加,硫酸镁溶液中峰值应变增长较快.通过回归分析,建立了硫酸盐侵蚀与干湿循环作用下混凝土单轴受压应力-应变全曲线方程,并得到了损伤层混凝土应力-应变方程的确定方法.     

筑坝料动力分析中的Bouc-Wen模型及其参数研究

Bouc-Wen光滑滞回模型因其能够描述动力荷载下的复杂非线性,广泛应用于材料的动力分析。为研究筑坝料在循环加载条件下动剪切模量和阻尼比以及累积变形等复杂动力特性,将Bouc-Wen模型应用于土体,绘制应力应变滞回圈并分析其模型参数;采用参数敏感性分析方法研究Bouc-Wen模型,并对动力试验数据进行数值模拟;讨论模型参数变化对土体应力应变滞回圈及动剪模量和阻尼比的影响。根据国内外筑坝料动力试验数据统计得到筑坝料模量衰减及阻尼比增长的均值曲线,应用MATLAB软件编制遗传算法程序确定模型参数;利用GDS动三轴仪探究糯扎渡土石坝的心墙掺砾土在循环荷载下的累积变形特性,并应用Bouc-Wen模型对循环三轴试验测得的应力应变滞回圈进行数值模拟。基于参数分析和数值拟合结果,本文提出适用于筑坝料的Bouc-Wen模型参数范围;筑坝料动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线拟合结果均方误差小于0.4%;糯扎渡掺砾土循环三轴试验8个振动周期累积应变试验值与模型预测值分别为1.2%和1.18%。基于本文研究得到的模型参数范围,Bouc-Wen模型可以有效地模拟筑坝料动模量阻尼和累积变形特性,为筑坝料动力分析提供帮助。     

预加应变对硫化橡胶损伤性能影响的试验研究

通过对一种硫化橡胶在单轴拉伸条件下进行的循环加载试验,得到了不同速率和不同预应变条件下材料的应力-应变关系曲线,由此分析了不同加载速率及预应变条件对硫化橡胶材料力学性能的影响.分别以应变能密度峰值、加载段所围面积和弹性模量法计算损伤参量,基于试验结果分析了硫化橡胶在不同预加应变条件下的损伤性能.研究结果表明:循环加载情况下,硫化橡胶的主应力峰值随加载速率的升高而增大,力学性能随循环次数的增加而趋于稳定;在预加应变条件下,硫化橡胶材料的损伤变化呈非线性增长,预应变量保持在0.3倍拉伸比以内能达到较好的使用效果.     

不同循环加载条件下镁合金AZ21腐蚀疲劳行为

镁合金作为结构件承受多轴复杂载荷,其失效形式多为多轴疲劳失效。为澄清复杂载荷下镁合金的腐蚀疲劳行为,本文在磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffered solution,PBS)中对镁合金AZ21的多轴循环疲劳行为进行了研究,通过分析镁合金应力应变滞环及峰值应变的演化规律,揭示了不同加载路径和腐蚀环境耦合作用下材料的变形主导机制。腐蚀环境中的疲劳试验结果表明,在相同等效应力幅下,非比例加载路径下镁合金AZ21在PBS腐蚀环境中的寿命较单轴拉伸、纯扭路径显著降低。采用Basquin公式预测了镁合金AZ21在复杂载荷和PBS腐蚀环境耦合作用下的疲劳寿命。通过将路径非比例度的概念引入对Basquin公式进行修正,可合理预测相同加载幅值下圆形路径和菱形路径作用时镁合金AZ21在PBS腐蚀环境中的疲劳寿命。     

应变疲劳寿命的强度稳定综合理论法研究

应变疲劳分析是解决结构失效问题的重点研究内容之一.运用强度稳定综合理论及方法将应变疲劳寿命转化为切线模量因子的表达,通过分析转化过程中的无量纲曲线,发现一些材料间的固有规律.以切线模量因子为"桥梁",将循环应力应变曲线中的应力作为裂纹扩展时的临界应力,对应该应力的应变值当作疲劳试验的控制应变幅值,则对应的裂纹长度就是应变疲劳寿命的折算裂纹长度;通过切线模量因子建立的衍生比例定律和应力疲劳寿命的建模方法可以得到寿命应变关系的预测模型.这一模型与灰色系统理论的GM模型具有相同的数学表达,并通过实验数据验证该模型的误差小于5%.     

超弹性形状记忆合金丝力学性能试验

目的 研究形状记忆合金循环拉伸时的基本力学性能,为基于形状记忆合金的阻尼器设计奠定基础.方法 采用循环拉伸的试验方法,考虑循环次数、加载速率、峰值应变等参数对形状记忆合金的应力应变关系、阻尼和残余应变等性能的影响,把试验结果同Grasser理论模型进行对比,研究影响形状记忆合金超弹性性能的主要因素、影响规律和结果.结果 在一定的加载速率下,随着循环次数的增加,应力-应变曲线逐渐下移,20次循环后趋于稳定.随着循环次数的增加,相变应力和阻尼逐渐减小,残余应变逐渐增加并趋于稳定;加载应变越快,耗能能力略有减低;随应变幅值的增加,超弹性SMA丝材料的耗能能力和等效阻尼近似线性增加,材料模量随应变幅值的增加明显降低,但应变幅值对材料的相变应力影响较小.结论 经过一定次数的循环以后,形状记忆合金能表现出稳定的非线性应力应变关系和耗能能力,是制作阻尼器的较理想材料.     

T91钢焊接接头蠕变性能研究

为了研究T91钢焊接接头各区域的高温力学性能,文中采用传统单轴拉伸蠕变和微型杯突蠕变研究了T91钢及其焊接接头的蠕变性能.根据Monkman-Grant、Norton关系式和Larson-Miller法则分析了微型杯突法蠕变试验和传统单轴拉伸蠕变试验之间挠度与应变、载荷与应力的关系,进而估算材料的剩余寿命.研究结果表明:微型杯突法得出的试样中心挠度曲线具有明显的"三段式"特征;在相同的断裂时间下,微型杯突法蠕变试验所施加载荷值与传统单轴拉伸蠕变试验的应力值关系为F=2.625;微型杯突法蠕变试验获得的中心挠度值与传统单轴拉伸蠕变试验的应变值关系为ε·m=1.539σ·1.011m     

等应变率加载下冻土粘弹塑性应力应变本构模拟

借助模型分析,通过等应变率下对不同含水量、不同温度的兰州粉结冻土试样在单轴加载条件进行应力测试,得到应力应变曲线。根据粘弹塑性体模型,结合试验曲线特征,选择应力应变的方程形式。以其中一个组典型的试验结果为例进行拟合数据处理,获得拟合的应力应变曲线,确定方程中的参数。再将方法用于不同情况下的实验曲线处理,得到10％和20％两种含水量：-10℃和-20℃两种试验温度下冻土试样的测试的应力．应变三阶段全过程本构方程。结果表明,由此得到的方程能很好地描述冻土的材料特性。     

循环荷载三面本构模型及与实验结果比较

为探求形式简洁,参数较少,便于工程应用的循环本构模型,本文基于边界面模型和多面模型理论,建立了一个可描述金属材料三轴循环加载力学行为的三面本构模型.把塑性应变分解成塑性应变1和塑性应变2,塑性应变1对应于一套屈服面-边界面模型,塑性应变2对应于一套单屈服面模型.提出了当前应力点与边界面上对偶点之间距离的演变公式,基于一致性条件得出边界面模型中塑性模量的计算与运动硬化准则的联系.采用塑性应变作为硬化参数,应用关联流动法则计算塑性应变.相比于经典的边界面模型,本文模型形式简明;相比于前人修正随动硬化准则模型,本文模型需要的材料参数较少.结合金属稳定材料U71Mn的单轴循环实验结果,对其4种力学行为进行模拟,分析了非对称应力循环下平均应力和应力幅值对稳定材料棘轮效应的影响,以及对称应变循环下材料的最大应变幅值记忆效应.研究结果表明,本文模型的模拟结果与前人文献的实验结果一致性较好,可为研究材料的本构行为提供一条新的途径.     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.     

无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳全过程应力计算方法研究

通过对无粘结预应力活性粉末混凝土梁进行等幅疲劳试验研究,得到了RPC应变﹑受拉钢筋应变和无粘结筋应力增量随疲劳循环次数变化的变化值.结合试验结果,提出了适用于活性粉末混凝土的疲劳残余应变演化方程及疲劳变形模量退化方程.基于损伤变量的定义形式及应变等效原理,推导了钢筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型;受拉钢筋及无粘结筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型的不同通过两者的S-N曲线和屈服强度的不同来体现.基于上述模型采用分段线性原理来代替疲劳非线性过程,并利用材料弹性模量的退化来反应材料的疲劳损伤,提出了无粘结预应力RPC梁疲劳全过程正截面疲劳应力计算方法.将计算结果与试验值进行对比,两者吻合较好具有一定精度.     

硫酸盐与冻融环境下混凝土本构关系研究

为了研究硫酸盐与冻融环境下混凝土单轴受压应力—应变关系,对水中和质量分数为5%硫酸钠、5%硫酸镁溶液中冻融作用下的混凝土进行单轴受压试验,分析了硫酸盐溶液与冻融循环对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量及单轴受压应力—应变全曲线的影响,并对损伤层混凝土的力学性能进行分析。结果表明：混凝土应力—应变曲线随冻融时间增加逐渐趋扁平,整体右移,硫酸盐溶液中冻融300次后的混凝土应力—应变曲线上升段轻微上扬,并出现下凹现象。随着冻融次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,硫酸镁溶液中混凝土表现更明显,混凝土抗冻性最差。通过回归分析,建立了硫酸盐与冻融循环作用下混凝土单轴受压应力—应变全曲线方程,并得到了不同冻融次数下损伤层混凝土峰值应力的确定方法。     

高性能再生骨料混凝土试验研究

目的采用再生骨料配制高性能再生骨料混凝土,研究其单轴受压应力-应变行为,为再生骨料混凝土结构的数值分析提供理论基础.方法通过改变再生骨料的取代量,研究再生骨料对高性能再生骨料混凝土的强度、渗透性、抗冻耐久性及单轴受压应力-应变行为的影响.结果试验配制的高性能再生骨料混凝土28 d抗压强度超过70 MPa,抗冻等级达F300,得出单轴受压应力-应变曲线,并对其进行数值模拟,两者吻合较好.结论采用再生骨料能够配制出高性能再生骨料混凝土,其单轴受压应力-应变曲线与普通混凝土具有相似的规律,随着再生骨料取代量的增加,高性能再生骨料混凝土延展性得到提高,且数值拟合单轴受压应力-应变曲线相关性高,可用于分析混凝土的本构关系.     

基于离散元的岩石单轴压缩实验模拟及断裂特性分析

利用20 t级单轴实验机对大庆三肇地区深层岩石进行单轴压缩实验。基于室内实验力学得到岩石物理参数及单轴压缩所能测出的接触参数,通过离散元软件虚拟参数标定得到与室内实验相似力学性质的模拟岩石试样,并通过离散元软件EDEM对该岩石试样进行单轴压缩实验模拟,得到应力⁃应变曲线,通过对应力⁃应变曲线得到阶段性的破坏过程,研究了在单轴应力条件下岩石破坏的阶段性形态及微观的力链断裂特征及不同时刻黏结键数目与时间的关系。研究表明,在单轴压缩过程中脆性岩石没有较大的变形,力链断裂的方式为直接断裂,没有发生很大的形变。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发展的结果。