金属材料的强度与应力-应变关系的球压入测试方法

压入法获取材料单轴应力-应变关系和抗拉强度对服役结构完整性评价有重要的基础意义.假定材料均匀连续、各向同性、应力应变关系符合Hollomon律,基于能量等效假定,即代表性体积单元(representativevolume element, RVE)的vonMises等效和有效变形域内能量中值等效假定,本文提出了关联材料载荷、深度、球压头直径和Hollomon律的四参数半解析球压入(semi-analyticalspherical indentation,SSI)模型.通过球压入载荷-深度试验关系获得材料的应力-应变关系和抗拉强度.考虑压入过程中的损伤效应,针对金属材料提出了用于球压入测试的材料弹性模量修正模型.对11种延性金属材料完成了球压入试验,采用本文提出的球压入试验方法测到的弹性模量、应力-应变关系和抗拉强度与单轴拉伸试验结果吻合良好.      

金属材料的强度与应力–应变关系的球压入测试方法

压入法获取材料单轴应力–应变关系和抗拉强度对服役结构完整性评价有重要的基础意义.假定材料均匀连续、各向同性、应力应变关系符合Hollomon律,基于能量等效假定,即代表性体积单元(representative volume element, RVE)的von Mises等效和有效变形域内能量中值等效假定,本文提出了关联材料载荷、深度、球压头直径和Hollomon律的四参数半解析球压入(semi-analytical spherical indentation, SSI)模型.通过球压入载荷–深度试验关系获得材料的应力–应变关系和抗拉强度.考虑压入过程中的损伤效应,针对金属材料提出了用于球压入测试的材料弹性模量修正模型.对11种延性金属材料完成了球压入试验,采用本文提出的球压入试验方法测到的弹性模量、应力–应变关系和抗拉强度与单轴拉伸试验结果吻合良好.     

膨胀环受力历史对应力应变关系的影响

利用两类实验装置开展了无氧铜TU1膨胀环实验研究,发现:电磁膨胀环在加载阶段,样品受体力作用,满足均匀变形的假定;而爆炸膨胀环在加载阶段,样品内壁受面力冲击作用,不满足均匀变形的假定。针对这个差异,发展了一种考虑冲击阶段变形不均匀性的新方法,利用回收样品几何变形,将冲击阶段试样环内轴向塑性应变、径向塑性应变纳入等效塑性应变的计算中,通过修正后的方法更准确地获得了材料的应力应变关系。     

弹塑性有限元的一些解法比较

1.弹塑性有限元分析的基本公式根据von Mises 屈服准则和Prandtl-Reuss塑性流动律,可以导出弹塑性阶段的应力增量-全应变增量之间的本构关系:{dσ}=[D_(eP)]{dε} (1)其中{dσ}为应力增量列阵,{dε}为应变增量列阵,[D_(eP)]为弹塑性系数矩阵,它的表达式为:其中(?)为有效应力,[D_e]为弹性系数矩阵,H=(?)/((?)~p)为有效应力和有效塑性应变曲线的斜率.增量形式的平衡方程为:[K]{△u}={△P} (3)其中[K]为总体刚度矩阵,{△u}为位移增量列阵,{△P}为外载荷增量列阵.2.几种解法方程(3)是非线性的.对于一般问题,精确求解比较困难.目前,一般都用近似法来求解.下面介绍几种解法.     

高流态地质聚合物混凝土的高应变率动态压缩变形特性

以矿渣、粉煤灰为原材料,以NaOH、Na₂CO₃为碱激发剂,制备了强度等级为C30的高流态地质聚合物混凝土（highly-fluidized geopolymer concrete,HFGC）,运用波形整形技术改进了?100mm SHPB实验装置,通过参数控制保证应力均匀和恒应变率加载,对HFGC开展了动态压缩实验,分析了HFGC在冲击压缩荷载下的变形特性。HFGC属于应变率敏感材料和脆性材料,高应变率作用下,HFGC的典型应力应变曲线包括压实挤密阶段、弹性阶段和软化、屈服阶段。在10~100s-1的应变率范围内,HFGC的峰值应变ε_c随应变率的变化表现出明显的冲击韧化效应,ε_c随应变率的升高先增大后减小,满足二次函数关系ε_c＝-1.2×10-6+1.6×10-4+0.001 7,变形特性变化的临界应变率为66.7s-1。HFGC的动态弹性模量均低于其在准静态下的弹性模量。     

超高强度钢单轴拉伸下形变与断裂过程的研究

1.引言单轴拉伸试验是材料基础力学试验之一,研究它的形变与断裂过程,历来受到人们的重视。关于超高强度钢单轴拉伸的形变规律,一般来说,当外加负荷较小时,材料处在弹性阶段,这时试样形状为圆柱体,应力与应变服从虎克定律。随外加负荷增加,材料进入塑性状态。从屈服至最大负荷这一段,试样仍保持为圆柱体,应力与应变关系服从二段幂乘硬化律。从最大负荷到断裂这一段,试样发生了局部变形,即所谓颈缩现象,     

转换矩阵在非线性材料杆系分析中的应用

证明了在杆系中,力的转换矩阵与位移的转换矩阵互为转置矩阵,当静不定非线性杆系静力平衡方程确定,而变形协调条件难以确定时,利用转置矩阵可以方便求得静不定非线性杆系的内力及有关节点位移。非线性材料杆系应力-应变关系σ=Bε^1/n中的幂n=2时,非线性材料静不定桁架有可能存在两个解;而采用常规方法求解静不定非线性杆系内力时有可能存在漏解现象,即出现仅能得到一个解的现象。非线性材料杆系应力-应变关系σ=Bε^1/n中的幂n=1时,假设非线性材料杆系各杆内力全部受拉力,或按各杆内力真实受力情况去求各杆内力及节点位移,求得结果的绝对值都是相同的,仅存在符号的差异;与按非线性材料杆系应力-应变关系σ=Bε^1/n中幂n=2时,求得的各杆内力及节点位移的其中一个解的绝对值是一致的。     

可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料II型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅱ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性变形部分的可压缩性对Ⅱ型裂尖应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制.当泊松比ν =0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹.     

插入法求强化弹塑性解

设结构只承受按相同比例增加的表面载荷作用并只发生小变形,材料性质及边界条件皆近似合乎简单加载的要求。按照的小弹塑性形变理论,当结构尺寸、材料性质及边界约束条件给定时,位移、应力、应变及载荷之间的对应关系是唯一的。我们来研究给定了结构最大应变强度值εimax情况下解的性质。 如果εimax不超过比例极限ε,则位移、应变、应力及载荷皆与εimax成线性关系。此时结构中各点的应变张量分布     

多孔材料吸能行为对相对密度和冲击速度的依赖性

多孔材料是一种优异的吸能缓冲材料,但由于其变形模式的非单一性以及动态应力应变曲线的难获取性,其吸能行为对相对密度和冲击速度的依赖性关系还并不完全明朗。本文基于不需要提前作本构假定的波传播法,开展了多孔材料的吸能行为研究。采用多孔材料的细观有限元模型进行Taylor冲击虚拟实验,获取全场质点速度时程曲线,结合Lagrange分析法得到多孔材料的局部应力应变信息,进而探讨了动态吸能性能对材料相对密度和冲击速度的依赖性。研究结果表明多孔材料的吸能行为可依据变形模式分为三个阶段。在冲击模式下,多孔材料单位体积吸能与相对密度成线性增加关系,此时惯性起主导作用;在过渡模式下,惯性的主导作用减弱,单位体积吸能量的增加速率随相对密度的增加而减弱;在准静态模式下,多孔材料只能发生微小的变形,其吸能很少。本文进一步获得了区别于多孔材料准静态应力-应变曲线的动态应力-应变状态曲线,并考察了其与相对密度之间的关系。结果表明：随着相对密度的增加,多孔材料的动态压实应变将变小,而动态塑性平台应力将提高。     

蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的力学模型,在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1)。通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变的数值结果,数值计算表明,裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制。通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的断裂判据。     

材料参数对板材胀形过程综合影响的数值研究

本文将Hosford 与Hill 各向异性屈服函数应用于刚粘塑性有限元方法,分析了圆形薄板液压胀形过程.研究了材料性能参数:硬化指数n、速率敏感指数m、厚向各向异性参数R、屈服函数非多项式指数M 对液压胀形过程的综合影响.并通过数值分析,找出了临界厚向断裂应变-ε_3~(ov·)与材料参数关系的经验方程式.屈服表面形状对极限厚度应变的影响,可以用Barlat 提出的包含了R 和M 影响的p 值表示出来.     

一种散体材料SHPB被动围压试验体应力修正方法

本文利用有限元仿真给出了一种修正方法，并用数值仿真和试验验证了该方法的可靠性。研究表明:散体材料SHPB被动围压试验中，试样厚度远小于厚壁圆筒长度时，端部效应会导致厚壁圆筒不均匀凸出变形，计算材料的体应力-应变关系不能将厚壁圆筒应力状态简化为平面应力问题；厚壁圆筒处于弹性状态下，通过厚壁圆筒理论计算出的径向力与真实径向力存在一定比例关系，在一定范围内，折算系数与试样实时厚度呈二次函数关系。     

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)本构关系逆向分析研究

水泥基复合材料的高脆性是导致其性能退化和结构不耐久的主要原因之一.脆性的直观表现为应力-应变曲线具有明显的软化段.添加高模量聚乙烯醇纤维的水泥基材料的韧性性能可得到显著改善,受拉破坏和受弯破坏时呈现出应变硬化和多微缝开裂特征,导致其本构关系异于普通水泥基材料.通过直拉试验可直接得到σ-ε曲线,但该试验技术上难于实现而且造价高、耗时长.四点弯曲试验易于实现但需要将力-变形曲线转换成σ-ε曲线.本文通过CONHARD软件,采用逆向分析法,模拟变形和裂缝开展,反复迭代以求得试验曲线与数值计算结果的最佳拟合.该方法以弹性宏单元模型预处理未裂区域,以多层单元模型模拟裂缝扩展区域,假定初始σ-ε曲线,通过进化运算法则进行迭代和修正,最终可获得多线性应力应变曲线.数值计算结果与试验曲线吻合较好.     

材料在高速变形时的动力松弛性质和一维杆中的塑性波

材料在高速变形时,它的整个变形过程能不能只用一个状态方程来描写是值得讨论的。本文认为,状态方程只在x-t Lagrange平面的部分区域内才反映高速变形过程的力学规律。 本文讨论了函数g(σ,ε)在高速变形时的性质,并建议采用如下的形式:g(σ,ε)=A[1-e~-B(1-ε)(σ-f(ε))]. 本文认为横向惯性的存在是状态方程中应力提高项出现的原因或原因之一. 本文用应变率相关理论解释了等应变区的存在. 在每秒几十米的撞击速度范围内,撞击端面间的摩擦力对塑性波的形成和传播具有不可忽视的影响.但在速度高到100米/秒以上时,这种影响又可能予以忽略. 以上五点看法是给合了铬钢短试件和2S铝杆的高速变形分析得到的.     

循环应力—应变曲线双轴应力修正问题的论证和探讨

1.前言应变疲劳寿命计算中的循环σ-ε曲线通常是单轴应力-应变曲线,当用于缺口试体在双轴应力状态下的缺口根部的应力应变分析时,一般要进行双轴应力修正.文献[1]提出了一种修正循环σ-ε曲线的方法,得到了较为广泛地应用.其基本思想如下:对于单轴循环σ_α-ε_α曲线通常可用下式表示:     

考虑Reissner效应的表面裂纹的非线性线弹簧模型

本文在非经典板的弯曲理论基础上,对应力-应变关系满足ε/ε_o=σ/σ_o α(σ/σ_o)~n的幂硬化材料的表面裂纹的弹塑性断裂分析,建立了非线性线弹簧模型,计算了表面裂纹的应力强度因子及其最大深度点的J积分值,研究了幂硬化指数n和系数α以及波桑比ν对J积分值的影响。     

厚度为0.085-0.5mm的金属薄板拉伸试验

引言金属材料力学性能的测定,一般在材料试验机上进行,选用合适的仪器(如杠杆式引伸仪等)测量变形,所测得的E、μ、σ_(0.2),或根据测得的数据描绘的应力应变(σ-ε,名义应力应变,下同)曲线,其精度往往不高,又很费时。老式试...     

一种描述形状记忆合金拟弹性变形行为的本构关系

本文给出一种描述形状记忆合金拟弹性变形现象的本构关系,可用于多晶材料在一般应力状态下及单晶材料在单轴应力下的变形情况。该本构关系采用弹性应变与相变应变迭加形式,物理意义明显,形式简洁。对 Cu-Zn-Sn 合金及 Ti-Ni 合金材料的变形行为进行了模拟计算,结果与实验值有较好的吻合。     

一种描述形状记忆合金拟弹性变形行为的本构关系

本文给出一种描述形状记忆合金拟弹性变形现象的本构关系,可用于多晶材料在一般应力状态下及单晶材料在单轴应力下的变形情况。该本构关系采用弹性应变与相变应变迭加形式,物理意义明显,形式简洁。对 Cu-Zn-Sn 合金及 Ti-Ni 合金材料的变形行为进行了模拟计算,结果与实验值有较好的吻合。