一种统一的多轴疲劳损伤参量

城分析多轴损伤临界面上的应变化特性的基础上,根据多轴疲劳临界损伤平面原理,提出利用多轴介面上的最大剪切应变幅与相临两个最大剪切应变值之间的法向应变幅所合成的ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ等效应变幅作为多轴疲劳损伤参量,该参量不含有任何材料常数,不仅能够适用于多轴比例与非比例加载下,而且可退化成单轴的形式,经四种材料的试验验证,结果是令人满意的。     

96.5Sn-3.5Ag 钎料合金的含非比例度的多轴时相关本构模型研究

基于96.5Sn-3.5Ag钎料合金的多轴时相关变形行为,提出了一个考虑其多轴变形特性的本构模型.在该模型背应力演化方程中,引入了非比例度对背应力演化率的影响,并提出了模型参数的确定方法.在室温下对96.5Sn-3.5Ag钎料合金进行了十字形、双三角形及椭圆形等拉扭组合非比例循环应变路径下的变形行为的本构模拟,并将预言结果与实验结果进行了比较.预言结果表明,该模型对于96.5Sn-3.5Ag钎料合金的多轴应变循环变形行为具有很好的预言能力.     

镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳研究

基于正交设计, 分别在680℃和850℃下进行DD3镍基单晶合金薄壁圆管试样([001]取向)拉/扭非比例加载低周疲劳试验, 研究等效应变范围、应变路径角、拉/扭载荷相位角、循环特性和温度诸因素对镍基单晶合金多轴低周疲劳寿命的影响作用. 疲劳试验数据的极差分析表明, 应变路径角、拉/扭载荷相位角和等效应变范围是影响疲劳寿命的主要因素. 将菱形应变加载路径区分为比例加载段和非比例加载段, 提出了表征非比例加载效应的等效应变参量, 并通过引入单晶应变三轴性因子反映拉/扭应变路径角对多轴疲劳寿命的影响. 用考虑非比例加载效应的等效应变范围和单晶应变三轴性因子构造循环塑性应变能损伤参量, 进行多元线性回归分析, 疲劳寿命回归模型与试验寿命具有很好的相关性, 所有试验数据都落在2.0倍的偏差分布带之内.      

加载历史对循环硬化的影响

本文研究了45#钢和LY-12CZ铝合金在室温条件下拉扭复合比例及非比例加载时的循环硬化特性,其结果表明不同加载路径循环硬化程度不同,纯扭硬化程度最小,圆形路径硬化程度最大。着重研究了不同循环历史对后面循环稳定应力幅值的影响。     

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.      

1Cr18Ni9Ti不锈钢多轴非比例棘轮行为及其影响因素研究

对１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢材料进行了两种不同加载路径的多轴非比例应力循环棘轮效应试验，研究了应力路径形状、平均应力及其历史对棘轮效应的影响，揭示了些材料多轴非比例棘轮效应的一些特征及其原因。为建立能较为精确地估计材料在多非比例应力循环下的累积变形的本构模型提供了一定的实验和理论分析的依据。     

基于临界面法的剪切式多轴疲劳寿命预测模型

基于临界平面原理,应用von-Mises准则提出一种能够同时适用于比例与非比例加载的剪切式多轴疲劳损伤参量.新的损伤参量,通过引入一个应力相关因子来考虑临界面上最大剪应变范围和正应变范围对多轴疲劳损伤贡献的不同,同时该因子还考虑了非比例附加强化对材料多轴疲劳寿命的影响.该参量不含有经验常数,便于工程应用.经1045HR钢,S45C钢,Inconel718钢,16MnR钢等四种材料的多轴疲劳试验验证,预测结果与试验结果吻合较好.     

缺口件多轴疲劳寿命预估新方法

局部应力应变法(LSSM)以危险点处的局部应力应变历程进行寿命评价，忽略了非比例附加强化及缺口附近应力梯度对疲劳损伤的影响.论文通过分析裂纹萌生面(临界面)上剪应力和正应力分布状态，提出一种计算缺口件多轴疲劳损伤影响区的数学计算方法，建立考虑法向正/剪应力梯度与非比例附加强化效应的寿命预估模型.首先，基于能量法和临界面理论，借助坐标变换原理将应变能密度最大的材料平面定义为临界面，建立确定裂纹萌生方向的计算方法.其次，以临界面上特定路径为积分方向，将缺口件三维问题转化为线性问题，简化计算过程.综合考虑峰值应力和等效应力场强对多轴疲劳寿命的贡献度，建立表征缺口件多轴疲劳损伤演化过程的损伤参量.最后，通过TC4合金和Q345钢多轴疲劳试验验证论文模型的可行性和精确度，并与LSSM法、FS模型、SWT模型进行对比分析.     

转动惯量法在多轴疲劳本构关系预测中的应用

一些金属材料在承担多轴非比例加载过程时,会产生额外非比例附加强化或软化现象,这一现象往往会导致在评估疲劳寿命时因为材料本构关系的不确定而引起预测结果出现较大误差．因此基于单轴疲劳理论得出的寿命预测模型并不能准确地预测多轴非比例疲劳加载下的材料寿命．针对此问题,本文阐述了非比例附加强化效应产生的原因及结果,结合转动惯量法的理论和塑性增量法,建立了预测多轴低周疲劳加载下循环应力-应变曲线的数值计算模型．利用316L 不锈钢试样在5 种加载路径下的实验数据对预测结果进行了验证,结果表明该模型具有良好的预测有效性及精度．     

An experimental study of inhomogeneous cyclic plastic deformation of 1045 steel under multiaxial cyclic loading

An experimental study was conducted on the inhomogeneous cyclic plastic deformation of 1045 steel under multiaxial cyclic loading. Thin-walled tubular specimens were used and small strain gages were bonded on the specimen surface to characterize the local deformation. The controlled loading paths included cyclic tension–compression, cyclic torsion, proportional axial-torsion, 90°-out-of-phase axial-torsion, and fully reversed torsion with a constant axial stress. The maximum stress in each experiment was lower than the lower yield stress of the material. It was found that the cyclic plastic deformation within the gage section of the specimen under multiaxial stress state followed the three-stage process that was observed from uniaxial loading, namely, incubation, propagation, and saturation. The plastic deformation was significantly inhomogeneous during the propagation stage, and the inhomogeneity continued through the saturation stage. The duration of each stage and the saturated strains were dependent on the cyclic stress amplitude and the loading path. Multiaxial stress state reduced the incubation stage. With identical equivalent stress magnitude, the nonproportional loading path resulted in the shortest incubation and propagation stages, and the saturated equivalent plastic strain magnitude was the smallest. Although the deformation over the gage section was inhomogeneous, the plastic deformation in a given local area was found to be practically isotropic.     

A unified multiaxial fatigue damage parameter

According to the critical plane principle, a unified multiaxial fatigue damage parameter is presented based on the varying behaviour of the strains of the critical plane. Both the parameters of the maximum shear strain amplitude and normal strain excursion between adjacent turning points of the maximum shear strain on the critical plane are considered in the multiaxial fatigue damage parameter presented. An equivalent strain amplitude is made with both parameters of the maximum shear strain amplitude and normal strain excursion by means of von Mises criterion. Thus a new multiaxial fatigue damage parameter proposed in this paper may be used under either proportional or nonproportional loading, and may also be reduced to a uniaxial form. It is used to predict multiaxial fatigue life and good agreement is demonstrated by experimental data. The project is supported by the National Doctoral Foundation of China and National Natural Science Foundation of China.     

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．     

一个非比例循环粘塑性本构模型

本文提出地一个考虑材料非比例循环附加强效应，非比例循环加载历史产应和应变幅值历史效应的粘塑性体构模型。在该模型中，引入了对加载过程非常弹性应变幅值的记忆变量ｑ；定义了新的非比例度；引入了考虑材料非比例度的循环饱和各向同性变形阻力参量Ｑｓ；对各向同性变开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，表明该模型能很好     

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。     

A two-surface model describing ratchetting behaviors and transient hardening under nonproportional loading

A new superposed rule of Mroz's kinematic hardening rule and Ziegler's kinematic hardening rule based on two-surface model is proposed in the paper. Some experimental results on ratchetting of 2014-T6 aluminum alloy are predicted very well under multiaxial loading. In addition the conformability of the model is discussed for transient cyclic hardening under two kinds of nonproportional cyclic loading paths, i.e. square and rhombic path. The project supported by the National Natural Science Foundation of China