循环载荷下滞回环与石膏损伤破坏性能的关系

为了探求石膏的破坏与循环加卸载下滞回环面积的关系,石膏在自然以及饱水状态下滞回环的变化规律,以及滞回环面积与石膏强度的联系,利用CMT5305试验机对自然和饱水状态下的石膏进行单轴循环加卸载实验。对两种状态下石膏的应力-应变曲线进行分析,并计算出滞回环的面积,绘制出其面积变化曲线。结果表明,滞回环的面积随着加载载荷的增加而增加,且增长速率越来越快;饱水状态下的石膏滞回环面积明显小于自然状态下的石膏,且破坏方式和破坏程度不同于自然状态下的石膏;同一试样的两个相邻滞回环面积之差,代表了岩石损伤的速率,且石膏的损伤速率整体呈增加趋势。     

高温合金材料热机械疲劳实验技术

本文以ＡＩＳＩ３１６Ｌ不锈钢材料为例介绍了高温低周应变控制热机械疲劳（ＴｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＦａｔｉｇｕｅ）试验，温度循环和机械应变循环为相同频率，它们间的相位关系分为同相位和反相位两种．温度循环范围选为２５０～５００℃和２５０～６５０℃两种．通过计算机自动控制的实验系统所得到的试验数据，探讨了热机械疲劳应力－应变响应，裂纹萌发和扩展的性质，材料微观损伤分析和温度范围变化对疲劳性能和寿命的影响．对疲劳试验过程中循环回滞曲线的分析，给出了材料硬化阶段和循环稳定阶段的特性．     

高应变率载荷下纯钛的非连续冲击疲劳失效模型及其微观机理

基于传统的分离式霍普金森拉杆系统,设计了应变控制的冲击疲劳寿命测试实验,研究了冲击疲劳加载下纯钛的微观演化机制及冲击疲劳对材料宏观力学行为的影响。通过对不同冲击疲劳试验阶段的试样开展准静态力学性能测试,借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)技术表征试样在不同阶段的微观组织以及冲击疲劳失效后的断口形貌,研究纯钛在冲击疲劳失效过程中的循环硬化/软化规律及其微观演化机制。结果表明：通过改变子弹长度可以实现应变控制的冲击疲劳寿命测试;Manson-Coffin疲劳寿命模型可以较好地反映纯钛的冲击疲劳寿命与应变幅值之间的关系;纯钛在冲击疲劳失效过程中表现出循环硬化的现象,这主要是疲劳过程中孪生变形引起的细晶强化和塑性变形引起的应变硬化共同作用的结果,纯钛的冲击疲劳损伤主要表现为变形能力的损失。     

焊接接头局部塑性行为的循环压痕实验研究

基于纳米压痕技术,对转子钢焊接接头不同区域（母材、焊缝和热影响区）开展了压入位移控制的单向压痕实验和压入载荷控制的循环压痕实验研究．首先,通过压入位移控制的单向压痕实验,采用多次测试取平均值的方式获得了焊接接头各个区域的弹性模量和硬度分布特征,同时对各区域弹性模量中值点的载荷-压入深度曲线进行了分析;其次,对各个区域进行压入载荷控制的循环压痕实验,比较其压入深度随循环周次的演化特征．结果表明,焊接接头不同区域力学性能差异较大,热影响区的弹性模量、硬度、抗拉强度和抗循环变形能力最高,焊缝次之,母材最弱;三个区域在循环压痕载荷下的接触载荷-压入深度滞回环曲线均表现出类似棘轮变形的演化特征,且母材演化速度高于焊缝,高于热影响区．研究结果对汽轮机焊接转子的焊接工艺的优化、寿命预测和可靠性设计具有重要的借鉴意义．     

不同加载速率下煤的侧向变形特征研究

利用TAW-2000型电液伺服岩石力学试验系统开展了5种不同加载速率下的单轴压缩试验,分析了加载速率对煤体侧向变形特性的影响。研究结果表明:在裂纹闭合压密阶段、弹性变形至裂纹稳定扩展阶段,煤样变形以轴向压缩为主,侧向变形很小;在裂纹非稳定扩展阶段侧向应变开始加速增大,并在峰前应力调整阶段出现小幅陡增现象;在峰后扩容阶段煤样侧向应变急剧增大,呈现扩容与脆性破坏多次交替出现的特征,这一阶段大多数试件的侧向应变占总侧向应变的70%～90%。在加载初期煤样侧轴比处于较低水平,当轴向应力出现第一次跌落以后,煤样侧向应变快速增大,而轴向应变增加速度较小,导致试件侧轴比呈现快速增大直至试验结束。不同加载速率下煤样第一次出现轴向应力跌落时的侧向应变保持在3.0×10-3左右,表明在不同加载速率下煤样出现第一次轴向应力跌落时的侧向应变基本相同,可将侧向应变作为预测煤体破坏的控制变量。     

Q345低周疲劳性能与疲劳寿命预测分析

本文对结构用钢Q345的低周疲劳性能进行了试验研究。试验在常温下岛津电液伺服疲劳试验机上进行,采用轴向应变控制方法,恒定应变速率为0.005s-1,应变比为-1。试验结果表明,初始阶段,Q345在高应变幅值(0.6%)循环作用下出现循环硬化效应,而在低应变幅值(0.6%)作用下出现循环软化效应;随着加载应变幅的增加,硬化和软化率呈直线上升趋势。Q345疲劳裂纹萌生阶段占其整个寿命的60%以上,其裂纹萌生寿命与应变幅存在幂函数关系。根据Coffin-Manson公式得到了Q345的应变-寿命关系公式;采用能量预测法得到了材料的塑性应变能与疲劳寿命的关系表达式。上述结果对钢结构的设计、评估具有重要的工程应用参考价值。     

扭转预应变对35CrMo钢低周疲劳性能的影响

自行设计了疲劳和扭转两用的试样,通过对试件预扭转不同的角度,系统研究35CrMo钢在不同扭转预应变下的低周疲劳性能,分析了扭转预应变后35CrMo钢的循环硬化软化特性、滞后回线、塑性应变能及循环弹性模量的变化规律,并对疲劳断口进行扫描电镜分析。结果表明:4种预扭转处理过的试件均表现出明显的循环软化行为,且循环软化规律及衰减的程度基本相同;循环应力范围及疲劳寿命随着预扭转角的增大而降低;应力应变滞后回线中加卸载曲线间的宽度随着预扭转角的增大而减小;塑性应变能都随着循环次数的增大而增加,且随着预扭转角的增大其增大速率下降;循环弹性模量都随着循环次数的增加而逐渐降低,且随着预扭转角的增大其衰减趋势减缓。     

TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107～109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用C.Paris推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50％、95％、99％的安全寿命.结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限.TC4合金的S-N曲线在107～109周次的范围内呈连续下降型.在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50％破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定.     

缺口短疲劳裂纹扩展的弹塑性断裂力学

前言缺口试件疲劳有许多不同于光滑试件疲劳的特征,其中最主要的就表现在疲劳裂纹扩展方面.在循环载荷作用下,缺口试件应变分布是不均匀的,缺口顶端往往存在一循环塑性应变区,在其周围是弹性应变区.一般来说,微裂纹在缺口顶端形成;其Ⅰ阶段传播周次很短,缺口试件疲劳寿命主要由短裂纹在缺口塑性应变区传播周次及裂纹在弹性应变区传播周次两部分组成.短裂 ...     

分级加载条件下紫色泥岩三轴蠕变特性研究

流变性质是岩石材料的重要力学特性,以紫色泥岩为例,在分级加载条件下研究了其三轴蠕变特性。采用自行研制的重力杠杆式岩石蠕变实验机,并配备三轴压力室,对紫色泥岩实施分级加载三轴蠕变实验。实验结果表明,紫色泥岩在相同轴压条件下,围压越大,瞬时弹性变形和蠕变变形越小;在相同围压条件下,轴压越大,二者变形越大。紫色泥岩的蠕变速率具有相同的变化趋势,且在相同轴压条件下,围压越大,稳定蠕变阶段的蠕变速率越不明显。另外,应力与瞬时应变线性拟合结果表明,瞬时轴向应变与轴向荷载近似成比例增长。通过分析紫色泥岩蠕变曲线变化趋势,认为采用H/M模型进行模拟较为合理。并且采用MATLAB软件非线性回归分析进行模型参数拟合,最后得到实验曲线与理论曲线的最大误差在2e-5左右。证明采用的H/M模型能较好地描述紫色泥岩的蠕变特性。     

确定微纳米尺度金属薄膜拉伸分叉点的实验研究

为了确定微纳米尺度金属薄膜的拉伸分叉点,本文使用磁控溅射镀膜技术,在PI(聚酰亚胺)基底上沉积500nm厚的铜薄膜,制作薄膜/基底结构拉伸试件。在单轴拉伸作用下,通过测量拉伸加载过程中铜薄膜的电阻变化情况,得到薄膜电阻随应变变化的关系,并与理论推导的结果进行对比分析,从而确定了塑性阶段理论曲线与实验曲线分离的点,即铜薄膜的分叉点。以此为基础,研究了铜薄膜在单轴拉伸作用下的分叉行为。研究结果表明,沉积于PI基底上的微纳米尺度铜薄膜在单轴拉伸下,经过弹性变形阶段后,很快就发生分叉,然后产生破坏,而塑性变形阶段和局部化阶段较短;弹性阶段薄膜的电阻变化速率很小,塑性阶段薄膜的电阻变化速率稍有增大,而当薄膜表面开始出现微裂纹后,电阻变化速率急剧增大。     

基于塑性体积应变的岩石损伤变形特性实验研究

为分析岩石塑性变形与损伤的关系,在定义岩石的初始损伤和临界损伤,提出塑性体积应变分析方法,从而以塑性体积应变为损伤变量,采用归一化方法建立岩石的损伤本构模型。采用递增循环加载实验确定岩石损伤本构模型中的弹性卸载模量和弹性应变比例系数两个参数。通过实验和理论分析得出:当荷载较小时,普通单轴压缩状态下岩石损伤随荷载的增加具有减小趋势,荷载超过一定数值后,岩石损伤才开始增加;单轴递增循环压缩状态下当循环荷载大于约35%峰值强度后,卸载后岩石的损伤具有增加的趋势,小于该荷载之前具有减小的趋势。整个加载过程的理论应力-应变曲线能很好地与实验结果相吻合,在循环加载区间理论结果还能体现出岩石实验结果中的回滞环。     

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.     

双相不锈钢循环微变形行为的原位试验研究

对双相不锈钢开展拉伸和应力循环控制下的原位试验研究,选择特征区域对其局部微变形行为的产生、分布和演化进行了研究和讨论．结果表明：双相不锈钢在较低的载荷作用下内部出现明显的应变梯度,随着拉伸载荷或循环周次的增长,其局部微应变不断增加,最大应变在奥氏体相、小晶粒、狭窄晶粒和不平整的晶界区不断汇集,同一时刻的局部最大微应变远大于宏观应变;循环载荷作用下双相不锈钢在微观尺度产生了局部微棘轮变形效应,微棘轮应变随着循环周次的增加不断累积,其增长速度逐渐降低并趋于饱和;随着循环周次的增加,最大微棘轮变形区逐渐扩展、联通形成大塑性变形带,晶粒走向呈45°方向时,变形带贯穿两相向垂直加载方向发展,而晶粒呈树根状走向时,由于受到两相交互和铁素体的阻碍作用,微棘轮变形带主要集中在奥氏体中沿着奥氏体晶粒走向发展．     

Experimental investigation of cyclic and time-dependent deformation of titanium alloy at elevated temperature

A novel cyclic deformation test program was undertaken to characterize macroscopic time dependent deformation of a titanium alloy for use in viscoplastic model development. All tests were conducted at a high homologous temperature, 650 °C, where there are large time dependent and loading rate dependent effects. Uninterrupted constant amplitude tests having zero mean stress or a tensile mean stress were conducted using three different control modes: strain amplitude and strain rate, stress amplitude and stress rate, and a hybrid stress amplitude and strain rate. Strain ratcheting occurred for all cyclic tests having a tensile mean stress and no plastic shakedown was observed. The shape of the strain ratcheting curve as a function of time is analogous to a creep curve having primary, steady state and tertiary regions, but the magnitude of the ratchet strains are higher than creep strains would be for a constant stress equal to the mean stress. Strain cycles interrupted with up to eight 2-h stress relaxation periods around the hysteresis loop, including hold times in each quadrant of the stress–strain diagram, were also conducted. Stress relaxation was path-dependent and in some cases the stress relaxed to zero. The cyclic behavior of these interrupted tests was similar even though each cycle was very complex. These results support constitutive model development by providing exploratory, characterization and validation data.     

Hysteretic behavior of rectangular tube (box) sections based on Preisach model

In the present paper, the Preisach model of hysteresis is applied to model cyclic behavior of elasto-plastic material. Rate of loading and viscous effects will not be considered. The problem of axial loading of rectangular cross-section and cyclic bending of rectangular tube (box) will be studied in details. Hysteretic stress–strain loop for prescribed history of stress change is plotted for material modeled by series connection of three unite element. Also moment–curvature hysteretic loop is obtained for a prescribed curvature change of rectangular tube (box). All obtained results clearly show advantages of the Preisach model for describing cyclic behavior of elasto-plastic material.     

基于应变能的复杂应力场低周疲劳分析

塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化,从而引起等效宏观应力,该应力随循环加载而增大．假定材料疲劳源处破坏是由最大拉应力引起的,最大等效宏观应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时形成微裂纹．微裂纹引起上述两部分应力变化,继续加载直至宏观裂纹出现,从而得到材料的疲劳寿命．本文所建立的多轴疲劳寿命公式包含材料参数、拉应力以及塑性应变能等,以上数据可通过单轴疲劳数据和有限元方法获得．通过对SM45C材料的计算验证,表明该模型对多轴随机应变加载低周疲劳寿命,具有良好的预测结果．     

钢板剪力墙结构的耗能能力

在钢板剪力墙结构(简称SPSW)基于能量的性态抗震设计中,需要合理计算有不同滞回特征构件的滞回耗能.为反映剪力墙板滞回曲线的捏缩特征,本文提出了过程捏缩系数及平均捏缩系数,给出了剪力墙板滞回耗能的计算方法.采用数值方法细致分析1榀梁柱刚接的单层、单跨钢板剪力墙结构的滞回性能及耗能能力,并设计了12榀梁柱铰接的单层、单跨SPSW试件,考察了跨高比及高厚比两个参数对剪力墙板滞回性能的影响,总结了捏缩系数的变化规律,提出了简化计算公式.     

双向拟静力加载规则对钢筋混凝土高墩滞回性能的影响

通过四种不同双向加载规则的钢筋混凝土高墩拟静力试验,初步研究了双向拟静力加载规则对其滞回特性的影响规律。本文主要介绍钢筋混凝土高墩的试验构件设计,加载装置、测试方法和加载规则,着重比较了对角线加载、正方形加载、菱形加载和圆形加载等四种加载规则的钢筋混凝土高墩的滞回性能,包括荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、荷载退化、刚度退化以及累积滞回耗能的特点,并分析这些特点与双向加载规则之间的关系。结论认为:对角线加载模式加载效率高且能较好反映高墩双向抗震滞回性能,适合于高墩的双向拟静力试验研究。