粘塑性金属材料蠕变实验及流变模型研究

对固体金属材料Lc4铝合金、TC11钛合金及优质碳素结构钢(20#、35#)在高温下进行了多组蠕变实验,对电沉积镍薄膜在常温下进行了多组加、卸载和蠕变实验,根据实验曲线,采用修正的Burgers流变模型来描述这些材料的蠕变行为,建立了积分型蠕变本构方程和微分型应力应变本构关系,确定了蠕变积分核函数,并对由蠕变方程推导的...     

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。     

蠕变——塑性交互作用的一种本构模型

基于热力学相容的本构模型并合理地定义广义时间，得到了描述蠕变、塑性及其交互作用的统一型本构方程。进而通过对在蠕变—塑性交互作用过程中材料内部子结构及其变化的分析，将材料的强化分解为对应于非弹性应变范围的强化和由蠕变变形导致的附加强化。对高温环境二维应力路径下３０４不锈钢的蠕变—塑性交互作用过程进行了分析，取得了与Ｏｈａｓｈｉ等的实验相吻合的结果。     

螺旋压缩弹簧应力松弛特性试验分析及其应用

本文通过应力松弛试验、理论推导及数值模拟研究了高温下螺旋压缩弹簧的应力松弛规律,并利用加速模型对工况下弹簧应力松弛服役寿命做出预测。首先,根据螺旋压缩弹簧的结构特点搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置,该装置不仅避免了传统测试方法存在的缺陷,而且能够保证试验过程中位移载荷恒定,并实时监测载荷变化。本文以某飞机舱门单锁机构中的螺旋压缩弹簧为试验对象进行了不同温度条件下的应力松弛试验,得到其松弛动力学曲线,并基于Arrhenius模型建立了弹簧在工况下的应力松弛服役寿命预测模型;其次,基于应力松弛和蠕变在本质上的一致性,结合金属材料蠕变规律并根据试验弹簧的受力特点,推导出用于描述试验材料松弛行为的蠕变本构方程,由试验结果获得该本构方程的材料常数;最后,通过该本构方程及材料常数,在ANSYS软件中对试验弹簧的松弛过程进行模拟,结果表明,模拟结果与试验结果误差不大于4%。因此,通过本文方法所建立的蠕变方程对弹簧在不同载荷条件下的应力松弛规律进行仿真分析具有一定的可行性与准确性。     

对Schapery本构方程改进的几点尝试

Schapery本构关系能够很好地描述材料的粘弹性变形,但其中存在着下面几个问题:(1)当材料的蠕变变形含有粘塑性变形时,直接引用Schapery本构方程是不准确的;(2)材料的蠕变一般有损伤产生,Scbapery本构方程不能体现损伤特征;(3)理论上讲,无论载荷的突变量多大,粘弹性变形总有一个时间过程,这一点与Schapery本构方程不一致;(4)Schapery本构方程的参数确定是由曲线来拟合,这种方法有很大的主观性,本文介绍了Schapery本构方程的推导过程,针对上述问题提出了一些修改意见。     

汽车玻璃高温蠕变特性的实验与理论研究

通过对汽车用挡风玻璃进行不同温度、不同应力水平下的单轴拉伸蠕变实验,揭示了其非线性蠕变变形特性.实验发现,不同温度和载荷下的蠕变曲线形状类似,高温(550℃～590℃)下该材料的减速蠕变变形不很明显,主要表现为稳态和加速蠕变变形,且其断裂数据符合Monkman-Grant关系,应力和温度对其影响不显著.基于实验结果,本文建立了非线性高温蠕变本构方程.理论预测与实验数据进行了比较,结果表明所提出的本构方程能较好地描述汽车玻璃高温蠕变变形的全过程.     

基于统计损伤理论的冻土蠕变本构模型研究

假定冻土粘塑性微元损伤符合修进的莫尔-库仑准则,损伤变量服从Weibull随机概型分布;基于热力学原理和统计损伤理论,通过推导得到了相关联流动法则下的蠕变损伤耦合本构方程.为了便于研究冻土蠕变和损伤的耦合作用,将提出的本构模型,通过用户子程序嵌入到有限元程序中.最后,对冻土中桩基承载力模型试验进行了数值模拟,结果表明:基于统计损伤理论的冻土蠕变本构模型能较好的模拟冻土蠕变变形的全过程,并且与实测蠕变变形十分吻合,该模型对冻土结构物长期稳定性分析和工程预测具有重要参考意义.     

Sn—Pb共晶钎料合金的Bodner—Partom本构方程

采用Ｂｏｄｎｅｒ－Ｐａｒｔｏｍ粘塑性本构理论研究了Ｓｎ－Ｐｂ共晶合金的本构方程。在应变速率１０－５—１０－２Ｓ－１、温度为－５５—１２５℃的外部变量范围内进行了单轴拉伸和稳态蠕变数值模拟，结果与实验吻合良好。同时讨论了该本构方程用于ＳＭＴ焊点热循环寿命预测的实际意义。     

孔隙压力作用下圆形巷道围岩的蠕变分析

在原有的岩土流变理论基础上,与渗流力学原理相结合,考虑孔隙压力及孔隙度在岩石蠕变过程中对于岩体变形的影响,在弹性解答的基础上,通过Laplace变换(对应性原理)得出解析解．在一定的假设条件下,利用弹性力学基本方程、蠕变方程及有效应力原理(Terzaghi有效应力方程),采用H-K体模型作为本构方程,将孔隙压力引入到围岩蠕变方程中．给出在孔隙压力作用下的蠕变曲线,并与不考虑孔隙压力和定孔隙压力条件下蠕变曲线相比,其更接近于实际．     

蠕变损伤问题的有效模量法及差分解

本文在蠕变损伤问题中，以有效模量法将损伤变量引入本构方程，给出相应非线性问题的差分解；并将结果与一维实验数据及有效应力法的结果进行了比较。     

A constitutive theory for creep behavior of initially isotropic materials sustaining unilateral damage

The goal of the present work is to modify structure of the creep constitutive equations existing in the literature, and simultaneously to incorporate both damage induced anisotropy and unilateral damage into the constitutive model. The proposed nonlinear-tensor constitutive equation for creep together with the damage evolution equation take into account the secondary and tertiary creep of the initially isotropic materials. The material parameters of the model are determined using basic experiments. It is shown that the creep model is capable of describing available experimental data for the lateral creep responses under uniaxial compression.     

Creep characterization of transversely-isotropic metallic materials

A constitutive equation for modelling secondary creep in directionally-solidified eutectic alloys is proposed, based on a generalization of the Bailey-Norton law to transversely-isotropic materials. In addition to the power-law index, it is found that three material parameters are required to characterize secondary-creep behaviour and their experimental determination is discussed. The theory is compared with creep data obtained on a Co-Cr-C eutectic alloy.     

Irreversible dilatancy or compressibility of viscoplastic rock-like materials and some applications

An elastic/viscoplastic constitutive equation for rock-like materials which is able to describe, besides creep, an irreversible compressibility and/or dilatancy of the volume is formulated. Mathematical definitions are used for the concepts of dilatancy, compressibility, compressibility/dilatancy boundary, and failure. Two examples of such constitutive equations are given for a hard rock and a softer rock.Two applications of this constitutive equation are presented. First the creep dilatancy and/or compressibility of the rocks surrounding an oil well or a pressure shaft are studied for various initial primary stresses. The location and the conditions under which the rock surrounding the well may become dilatant are then shown. The same problem is studied for the case of horizontal tunnels. Various depths and primary stresses are considered and it is shown where possible failure may occur. For both applications numerical examples are given.     

改进的非定常Bingham岩石蠕变模型及参数辨识

传统Bingham模型适用于描述蠕变的前两个阶段,为了更加准确地描述岩体蠕变的三个阶段,本文提出了一种改进的非定常Bingham蠕变模型,并推导出其蠕变本构方程．该模型在传统Bingham模型的基础上串联一个非定常黏壶元件,并考虑岩体弹性模量及原有黏壶元件蠕变参数的非定常化．基于该模型对泥岩的蠕变试验曲线进行拟合及参数辨识,结果表明该模型具有较高的拟合精度,可以准确地描述泥岩蠕变的三个阶段,并实现了在数值软件中的应用,为实际工程提供了一种简单有效的蠕变本构模型．     

沥青混合料一维非线性粘弹本构方程

本文根据Green-Rivlin提出的Frechet级数,提出了一个兼具长时粘流效应及短时粘弹效应的一维非线性本构方程,并对一种沥青混合料采用蠕变试验方式拟合了本构方程的参数向量。拟合结果表明:这一本构方程形式简洁,物理意义清晰,易于拟合,并对不同应力历史下的应变响应具有广泛的适用性。     

The constitutive representation of high-temperature creep damage

The elastic-viscoplastic constitutive equations of Bodner-Partom were applied to modeling creep damage in a high temperature Ni-alloy, B1900 + Hf. Both tertiary creep in bulk materials and creep crack growth in flawed materials were considered. In the latter case, the energy rate line integral C^* was used for characterizing the crack driving force, and the rate of crack extension was computed using a local damage formulation that assumed fracture was controlled by cavitation occurring within the crack-tip process zone. The results of this investigation were used to assess the evolution equation for isotropic damage utilized in the Bodner-Partom constitutive equations.     

岩石含水蠕变损伤模型的开发与应用

摘要：为研究岩石含水率对蠕变的影响,将含水开关与蠕变损伤阀值引入蠕变模型,实现了含水劣化与蠕变损伤在本构关系上的耦合,建立了岩石含水蠕变损伤模型。模型与某软岩的三轴压缩蠕变试验结果取得了较好的拟合效果,并由麦夸特法+通用全局优化（LM-UGO）算法反演出了模型参数随岩石含水率的变化规律。在C++语言和FLAC3D中Fish语言的环境下,通过推导模型本构方程的三维差分形式,并利用FLAC3D所提供的接口实现了模型的二次开发。通过对开发的岩石含水蠕变损伤模型进行算例验证和分析,验证了模型的可靠性,也得出了软岩巷道蠕变变形随围岩含水率增大而增加的结论,进一步反映出蠕变模拟计算中考虑岩石含水率的必要性。     

考虑损伤的弹—粘塑性本构方程

采用Ｐｅｒｚｙｎａ过应力本构框架，引入塑性损伤在饱和强化率相关介质中的动态演化规律，建立了考虑损伤的弹－粘塑性本构方程，修正了Ｅｆｔｉｓ等人将Ｐｅｒｚｙｎａ方程推广时采用不一致的基体强化模式推演损伤演化方程和本构关系这一矛盾。详细计算了黄铜的初始屈服强度及率相关屈了面，给出了动态单轴拉伸数值结果并与实验进行了比较，结果符合很好。