蠕变恢复试验和计算及恢复时的蠕变分析

对镍基合金材料在不同温度下进行了蠕变恢复试验,根据试验结果得到局部有用的规律并给出恢复量的表达式,据此,提出一种简便的蠕变恢复应力分析方法——差应力法,文中还以厚壁筒算例说明蠕变恢复的影响。     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。     

高分子材料注塑固化阶段的残余应力分析

在结晶性高分子材料注塑过程的固化阶段,温度分布、材料细观结构和应力应变之间相互耦合,因而其变化规律非常复杂．本文在井上等人考虑材料细观结构变化的金属热加工工艺应力分析［３～６］的基础上,发展了一套用于高分子注塑固化阶段残余应力分析的本构描述和有限元分析方法．在本构模型中,同时考虑了温度变化、结晶和“冻结取向”对变形的贡献．     

片麻岩蠕变特性试验研究

为了对红透山铜矿片麻岩蠕变特性及深部采场(-467、-827中段)出现时效性片帮破坏问题进行研究,采用室内蠕变试验和理论分析相结合的方式对片麻岩的蠕变特性进行了分析。结果表明:随着应力水平的不断提高,岩样蠕变经历衰减蠕变、稳态蠕变、加速蠕变三个阶段。其中,稳态蠕变阶段持续时间最长,加速蠕变阶段变形速率波动最大,且以非线性方式逐渐增加。试样P-4与P-8在围压10MPa条件下的起始蠕变应力阈值分别为50MPa及80MPa,长期强度分别为90~100MPa及170~180MPa,加速蠕变启动时间分别为34.68h及2.4h;最后基于模式搜索(PS)改进非线性最小二乘法,并结合岩石蠕变试验结果,对蠕变模型参数进行反演。通过反演得到的理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,由此证明了蠕变模型的正确性和合理性。     

SUS304材料的小冲孔蠕变试验研究

小冲孔蠕变试验技术是一种采用微小试样、近乎无损地评定材料高温力学性能的新方法,本文应用小冲孔蠕变试验技术评定SUS304材料的高温力学性能。在不同温度下,对SUS304奥氏体不锈钢进行载荷范围为443N～513N的小冲孔蠕变试验,得到材料在不同试验条件下的蠕变曲线,通过中断试样的扫描电镜观察分析了试样的变形过程,讨论了影响小冲孔蠕变试验的主要因素。试验结果表明,从小冲孔实验获得的蠕变曲线与传统单轴拉伸蠕变实验的蠕变曲线具有一致性,都具有三个明显的蠕变阶段,利用小冲孔蠕变试验技术测试材料的高温性能是可行的。试验载荷越大,试样瞬时变形挠度越大,蠕变第二阶段速率越快,断裂时间越短。载荷、温度、试样厚度、环境是小冲孔试验的主要影响因素,对试验结果影响很大。     

松弛与蠕变力学特性转换关系的研究

本文首先论述了拉伸应力松弛模量Ｅ（ｔ）与拉伸蠕变柔量Ｄ（ｔ）之间的近似与精确转换关系式,提出一种诊断Ｄ（ｔ）的数值积分算法,通过应力松弛模量实验给出一种固体推进剂Ｅ（ｔ）和Ｄ（ｔ）的实测与转换计算结果,计算结果有较小的误差具有重要的实用价值。     

裂隙辉绿岩蠕变试验及模型研究

为研究裂隙岩体的蠕变特性,对红透山铜矿深部岩体(裂隙辉绿岩)制备的标准试样进行单轴压缩蠕变试验。试验结果表明,裂隙角度对辉绿岩的强度特征影响显著,单级加载过程中应力-应变关系接近线性,整个加载过程中弹性模量为变化值,裂隙角度为3°、28.9°、63.5°、82.4°的辉绿岩长期强度约为对应单轴抗压强度的68%～75%、59%～88%、61%～76%、56%～64%。将引入的裂隙塑性元件及非线性牛顿体与Burgers模型串联,采用该裂隙岩石复合元件蠕变模型对辉绿岩蠕变曲线进行辨识,根据试样蠕变试验数据及拟合结果对裂隙岩石复合元件蠕变模型进行改进,得到裂隙岩石复合元件蠕变模型,根据试验数据对改进蠕变模型进行拟合,拟合结果与试验曲线比较吻合。上述研究结果对不同裂隙角度辉绿岩蠕变特性具有一定的参考价值。     

注塑成型三维流动的数值模拟

建立了非等温、粘性、不可压缩、非牛顿流体流动的控制方程。为了避免同时求解耦合的压力场、速度场,本文通过修改Galerkin方法的变分方程,导出了关于压力场的拟Poisson方程,用迭代法独立地求解连续性方程、动量方程,并进行速度一粘度迭代求出最终的压力场、速度场。由于直接使用Galerkin方法求解能量方程容易引起温度场的振荡,本文采用隐式格式及“上风”法离散能量方程,用超松驰迭代法求解温度场的代数方程组。比较了模拟结果与等温管道流动的解析解及法兰的实际注射结果,算例表明本文方法可以预测注射成型流动过程中的一些重要特征。与传统Galerkin方法相比,本文方法可以减少内存,提高数值方法的稳定性。     

切应力对牛骨蠕变变形的影响研究

骨尤其是湿骨,在恒定载荷作用下会发生蠕变变形。为了确定切应力是否影响骨的蠕变变形,采用对骨薄板试样分别施加集中载荷和均布载荷的方式,测量试样挠度实时的变化曲线。结果显示,在载荷恒定时,骨试样的挠度随时间不断增加,体现了典型的蠕变特性。集中荷载下骨的蠕变变形远大于均布荷载下骨的蠕变变形,湿骨的蠕变位移比干骨高近7倍。分析认为,对试样粘弹性性质的影响不仅有正应力的作用,也有切应力的作用;切应力产生的蠕变变形约为正应力所产生蠕变变形的0.85倍。     

高密度聚乙烯的复合应力蠕变

本文通过实验方法确定多重积分型蠕变方程中的各个时间函数,并在认识材材料非线性粘弹特征的基础上作出合理修正,最后得到适用于单轴及复合应力条件下的蠕变方程。     

Prediction of residual flow and thermoviscoelastic stresses in injection molding

A general model for predicting the total residual stresses generated during filling and cooling stages of injection-molded parts has been developed. The model takes into account the phenomena associated with non-isothermal stress relaxation. The main hypothesis in our approach is to use the kinematics of a generalized Newtonian fluid at the end of the filling stage as the initial state for the calculation of residual flow stresses. These stresses are calculated using a single integral rheological model (Wagner model). The calculation of stresses developed during the cooling stage is based on a thermoviscoelastic model with structural relaxation. Illustrative results emphasizing the effect of both the melt temperature and the flow rate during the filling stage are presented.     

聚合物注射成型流动残余应力的数值分析

建立了可压缩黏弹性聚合物熔体在薄壁型腔中充模/保压过程中非等温、非稳态流动的数学模型,用数值方法实现了注射成型过程中流动应力和取向建立及松弛过程的模拟,研究了熔体温度、模具温度和注射速率等工艺条件对分子冻结取向的影响,取得了与实验相符的结果.     

A micro-polar theory for binary media with application to phase-transitional flow of fiber suspensions

A phase-transitional flow takes place during the filling stage by injection molding of short-fiber reinforced thermoplastics. The mechanical properties of the final product are highly dependent on the flow-induced distribution and orientation of particles. Therefore, modelling of the flow which allows to predict the formation of fiber microstructure is of particular importance for analysis and design of load bearing components. The aim of this paper is a discussion of existing models which characterize the behavior of fiber suspensions as well as the derivation of a model which treats the filling process as a phase-transitional flow of a binary medium consisting of fluid particles (liquid constituent) and immersed particles-fibers (solid-liquid constituent). The particle density and the mass density are considered as independent functions in order to account for the phenomenon of sticking of fluid particles to fibers. The liquid constituent is treated as a non-polar viscous fluid, but with a non-symmetric stress tensor. The state of the solid-liquid constituent is described by the antisymmetric stress tensor and the antisymmetric moment stress tensor. The forces of viscous friction between the constituents are taken into account. The equations of motion are formulated for open physical systems in order to consider the phenomenon of sticking. The chemical potential is introduced based on the reduced energy balance equation. The second law of thermodynamics is formulated by means of two inequalities under the assumption that the constituents may have different temperatures. In order to take into account the phase transitions of the liquid-solid type which take place during the flow process a model of compressible fluid and a constitutive equation for the pressure are proposed. Finally, the set of governing equations which should be solved numerically in order to simulate the filling process are summarized. The special cases of these equations are discussed by introduction of restricting assumptions.Received: 6 May 2002, Accepted: 16 December 2002, Published online: 29 July 2003PACS: 83.10.Ff, 83.70.Hg, 83.50.Cz Correspondence to: H. Altenbach     

混凝土核安全壳干缩应力的计算

提出内约束干缩应力和外约束干缩应力的概念,利用混凝土的蠕变理论,建立了考虑施工过程的有限元计算模型,编制了电算程序,计算了秦山核安全壳在施工过程中的干缩应力。     

综述:聚合收缩与收缩应力测试方法研究进展

光聚合是材料固化和加工的一种常见方式,其凭借反应迅速、时间空间可控、经济环保等优点,在工业生产领域有着广泛的应用。然而,在实际使用中,材料的本征聚合收缩受到周围刚性基质的约束,在材料内部以及材料与基质交界面处会产生不利的聚合收缩应力,从而严重影响材料的使用寿命。因此,如何准确测量材料的本征聚合收缩及受约束下的收缩应力,实现对聚合收缩应力的主动控制,是提高光聚合材料服役质量和寿命的关键所在。本文首先介绍了材料聚合收缩与收缩应力产生和发展的机理;然后详细综述了国内外聚合收缩与收缩应力的测量方法,并重点介绍了集悬臂梁、近红外光谱和热电偶于一体的光聚合动态多参量耦合测试平台,利用该平台可以实现对聚合收缩、收缩应力和温度的简便一体化测量;最后对改善聚合收缩与收缩应力的测试方法进行展望,以便为相关的理论研究和实验设计提供参考。     

基于弹性理论的残余应力反演和变形计算

毛坯在制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致其内部产生残余应力.残余应力会造成结构破坏,在工件的切削去除过程中,残余应力会逐渐释放并引起变形.采用有限元的\"生死单元\"技术模拟材料的切削去除过程,并转化为残余应力的释放,基于板壳理论、小变形理论、弹性理论和叠加原理,将径向基函数插值法与几何方程、物理方程相结合,开发出一种新的解析方法,反演残余应力场并计算变形.结果表明解析方法的理论解与有限元解高度吻合,能够用于判断残余应力分布并计算残余应力弹性释放引起的变形.     

15万立米气柜残余应力及工作应力测试分析

报导了１５万立米大型煤气气柜挂圈走台的残余应力及气柜升降时工作应力的测试结果。该气柜服役十余年后发生煤气泄漏,为分析其原因,进行了残余应力及气柜修复前后的工作应力测试,结果表明：修复前残余应力及工作应力均达到很高水平,气柜升起时伴有严重侧偏现象,修复后应力状态有明显好转。     

混凝土桥梁拼接后收缩徐变计算方法分析

为分析混凝土收缩徐变对新旧拼接混凝土桥梁的影响,考虑每个计算步长内由混凝土收缩引起的应力的徐变作用和混凝土的弹性模量变化,根据能量原理推导了混凝土收缩徐变的位移法基本方程。分别按每个计算步长内应力为变值和常值,采用增量法推导了每个计算步长内收缩徐变的递推计算公式,并编制了相应的计算程序。对比分析表明,按每个计算步长内应力为变值的计算结果与实测值吻合良好,与每个计算步长内应力为常值相比,可以增大计算步长,减少叠加次数,大大加快程序计算速度。     

非对称边界的注塑模充填模拟

研究了注塑充填阶段非对称模温的影响,在整个型腔厚度上分析型腔内的流动,利用混合有限元／有限差分法求解方程,并采用控制体积法跟踪熔体前沿。     

Creep and Stress Relaxation in a Plate Loaded Along the Contour of a Circular Hole

Analytical solutions of the creep and stress-relaxation boundary-value problems of a plate loaded externally along the contour of a circular hole are obtained using an unsteady creep model based on nonclassical representations for elastic and viscous properties of materials. It is assumed that one force component and one displacement component are specified at the boundary.__________Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 46, No. 4, pp. 146–153, July– August, 2005.