单轴循环载荷下镁合金宏观塑性本构关系研究

基于微观织构演化,本文对镁合金的宏观塑性本构模型进行了改进,得到了室温下镁合金AZ31B和AZ61A单轴循环拉压载荷作用下的应力应变曲线。模型中区分了滑移、孪晶与去孪三种不同微观塑性变形机制,并且研究了它们对材料宏观循环塑性行为的影响。通过引入初始非零背应力来模拟循环应力应变曲线中拉压不对称性,给出了材料在单轴循环拉压载荷下背应力及屈服面的演化规律,并运用线性预测塑性回拉技术与隐式积分法求解相应的非线性方程组,编写了与.ABAQUS接口的UMAT用户子程序。预测与实验结果的比较显示该模型能较好地模拟镁合金材料在单轴循环拉压载荷作用下的力学行为,具有较高的准确性与良好的实用性。     

非线性随动强化条件下的安定定理

基于经典的安定理论与随动强化模型的一般性质,将结构在强化过程中的背应力计入Von Mises屈服准则,建立了随动强化条件下结构的静力安定定理;将背应力与对应的塑性应变率的点积在一个载荷循环内的积分计入塑性耗散功,建立了随动强化条件下结构的机动安定定理,扩展了经典安定理论的应用范围。针对两种定理的存在格式进行了理论证明,并以推论形式给出了结构在随动强化条件下静力安定和机动安定另外两种存在格式。结果表明,随动强化材料的安定状态和安定极限不受强化过程的影响,只取决于材料的初始屈服应力和最终屈服应力。     

双向应力状态下铝硅合金ZL105塑性行为的实验研究

本文对典型的拉、压性能不同的金属材料铝硅合金ZL105的塑性行为,屈服、强化、体积变化和流动特性,在双向应力状态下进行了全面和系统的实验研究,深入地探讨了影响材料塑性行为的主要因素,得出了新的结果和重要的结论。实验结果表明,平均应力直接影响材料的塑性行为,平均压应力使材料的韧性增强,而平均拉应力使材料的脆性增强。平均压应力不利于塑性变形的发生,相应平均压应力增大的应力状态,材料的屈服应力提高。与流行的塑性体积膨胀的观点不同,在平均应力是压应力的应力状态下,塑性体积收缩,因此,经典的正交准则不再适宜描述该材料的流动性质。材料的强化性质明显地依赖于应力状态。     

叠加型A-F类随动强化模型塑性应变的数值计算法

以Chaboche随动强化模型为例,在M isses屈服准则及正交流动准则的前提下,推导了叠加型A rm-strong-F rederick(A-F)类随动强化模型塑性应变的数值计算法,联合利用四阶龙格-库塔法与径向返回法实现数值计算中的内部平衡迭代。同时推导了统一切向矩阵以便确定每一平衡迭代后的试算应变。利用AN SY S提供的U PF s将算法嵌入到AN SY S有限元程序,实现了叠加型A-F类随动强化模型塑性应变的数值计算,并利用四边形单元模拟了单轴循环加载时的棘轮应变,计算结果能够很好地与实验值吻合。     

循环载荷下随动硬化模型的数值迭代算法

在Von-Mises屈服准则及正交流动准则的前提下,建立了循环载荷下叠加型A-F(Armstrong-Frederick)非线性随动强化模型的迭代算法,并根据塑性应变增量的收敛控制实现内部的平衡迭代。为验证本文数值方法的正确性,以Chaboche和Ohno-Abde-Karim随动硬化模型为例,将本文方法的计算结果与通用有限元软件ANSYS的分析结果及试验数据进行了比较,均吻合良好,验证了本文算法的可靠性。     

一类新的超弹性-循环塑性本构模型

目前,很多经典的超弹性-有限塑性本构模型已被提出,但由于超弹性理论中中间构型的引入使得随动硬化法则相对复杂,故多数文献均采用的是经典的Armstrong-Frederick(A-F)随动硬化法则.本文基于已有的本构理论,利用多机制过程的概念拓展了Lion塑性变形分解理论,明确提出了多重中间构型的概念,并在此基础上,对经典理论中客观性的定义进行了概念上的推广,使其更好地适用于超弹性本构理论分析,同时提出了一类新的超弹性-有限塑性本构模型.这类本构模型满足热动力学法则,且可融合多种小变形循环塑性理论中常用的随动硬化法则(如经典的A-F模型,Chaboche模型,Ohno-Wang(O-W)模型以及Karim-Ohno(K-O)模型等),使得小变形理论中背应力的加法分解性质及其演化的临界面阶跃特性在大变形领域中均有所体现,故本文提出的本构理论可看作是小变形循环塑性模型在大变形理论中的扩展.本文最后以K-O模型为例,对推荐模型进行了详细探讨,并与相应的次弹性模型进行了对比.      

棘轮效应预测及其循环本构模型研究进展

棘轮应变累积广泛存在于压力容器和管道、轮轨接触疲劳、紧固连接和密封技术等工程问题中,是工程设计中必须考虑的重要因素.棘轮可以表现为单轴棘轮效应或多轴棘轮效应,材料的棘轮效应或结构的棘轮效应.本文介绍近年来棘轮效应的最新研究进展,对近年提出的描述材料棘轮效应的循环本构理论作了较详细的评述,对模型的预测能力和存在的问题进行了讨论,并对今后的工作提出了建议.      

316L不锈钢随动强化模型改进研究

本文对316L不锈钢进行了单轴与多轴非比例路径下的应力控制棘轮试验,考察了应力幅值、平均应力和加载历程对棘轮特性的影响。同时进行了应变控制循环试验以研究材料的应力松弛特性。试验结果表明轴向棘轮效应在对称剪切荷载下效果明显,同时棘轮应变随应力幅值和平均应力的增加而增加。研究了Chen-Jiao随动强化模型与Jiang-Sehitoglu随动强化模型采用的单轴与多轴参数对背应力分量增量方向的影响,将Chen-Jiao模型中的多轴系数替换为界面饱和率,并在此基础上引入新的参数对塑性模量系数进行修正,计算结果表明修正后的模型能提升应力控制下多轴棘轮的预测精度,并能很好的预测应力松弛现象,表明了新模型的正确性与有效性。     

金属材料在复杂应力状态下的塑性流动特性及本构模型

工程应用中,金属材料和结构往往处于复杂应力状态。材料的塑性行为会受到应力状态的影响,要精确描述材料在复杂应力状态下的塑性流动行为,必须在本构模型中考虑应力状态效应的影响。然而,由于在动态加载下材料的应变率效应和应力状态效应相互耦合、难以分离,给应力状态效应的研究和模型的建立造成很大困难。通过对Ti-6Al-4V钛合金材料开展不同加载条件下的力学性能测试,提出了一个包含应力三轴度和罗德角参数影响的新型本构模型,并通过VUMAT用户子程序嵌入ABAQUS/Explicit软件。分别采用新提出的塑性模型和Johnson-Cook模型对压剪复合试样的动态实验进行了数值模拟。结果表明,新模型不仅在对材料本构曲线的拟合方面具有较强的优势,而且由该模型所得到的透射脉冲和载荷-位移曲线均更加准确。因此,该模型能够更精确地描述和预测金属材料在复杂应力状态下的塑性流变行为。

     

考虑塑性应变记忆恢复的循环棘轮本构模型研究

在统一粘塑性循环本构理论框架下,以Ohno-Abdel-Karim非线性随动硬化模型为基础,建立了一个循环本构模型。模型通过引入塑性应变幅值记忆效应,并在塑性应变记忆项中加入恢复系数,提高了对循环硬化材料单轴棘轮行为的预言能力。将模型应用于316L不锈钢单轴棘轮行为的描述中,模拟不同平均应力、应力幅值下的棘轮应变,均与实验数据吻合较好,证明本文改进的本构模型能合理地描述循环硬化材料的单轴棘轮行为。     

SS304不锈钢高温非比例多轴循环变形行为的粘塑性本构描述

在350℃和700℃下SS304不锈钢的非比例多轴循环变形行为进行了系统的实验研究。在此基础上,在统一粘塑性本构理论的框架下改进和发展了一个新的循环本构模型。该模型给出了新的背应力演化方程,引入了非比例度参量,考虑了温度效应和最大塑性应变幅值记忆效应,能够对材料的高温非比例多轴应变循环变形行为和棘轮行为进行统一描述。模型的模拟结果与实验结果比较表明:该模型对SS304不锈钢高温非比例多轴循环变形行为的描述比较合理。     

Sn和Si含量对Al—Sn—Si合金室温压缩变形流变应力的影响

采用Gleeble-1500试验机，在室温和恒应变速率下，测定了Al-Sn-Si系合金压缩变形的流变应力曲线。结果表明，在Sn、Si含量分别为0－20和0－8wt．％的范围内，当Sn含量恒定时，流变应力随Si含量的增加而增加，而当Si含量恒定时，流变应力则随Sn含量的增加而略有降低；从Al-Sn-Si，Al-Si及Al-Sn 合金流变应力曲线的差异，分析了Sn和Si对合金塑性变形过程的影响机制。