棘轮安定曲线在不锈钢压力容器应变强化技术中的应用

应变强化是不锈钢压力容器结构实现轻型化的重要途径,而应变强化内压的确定则是应变强化技术的核心。为了能够更准确有效地达到结构应变强化的目的,对循环加载的应变强化方式进行了研究。通过304不锈钢材料的室温单轴棘轮试验,建立了应力比R0条件下的棘轮安定曲线。根据Mises等效原理,利用该曲线通过一次弹塑性有限元分析直接获得结构在循环载荷作用下的强化内压和产生的塑性应变,与试验结果吻合较好,说明运用循环加载的应变强化方式可以有效地达到应变强化的目的。在达到相同的应变强化程度要求下,该方法降低了强化内压,因此可以减小过载加压的风险。     

金属材料两种常用本构模型的比较

介绍了两种常用的本构模型，即J－C模型和Z－A模型，就两种模型各自对应变率强化效应、温度软化效应和不同温度或应变率下应变强化行为的不同描述方式进行了比较与分析，讨论了两种模型的适用范围。     

S30408钢应变强化效果的声发射测试实验研究

根据Kaiser效应和应变强化原理,提出利用声发射特征参数确定Kaiser效应临界点应力,通过计算Felicity比值来对应变强化效果进行评估的方法。以S30408钢为例,对其应变强化过程及强化后二次加载过程进行声发射测试,实验结果表明,利用声发射累计能量和累计振铃计数等特征参数时间历程图,可得到试件应变强化后Kaiser效应点应力值。通过对实验数据的计算与分析,得到不同加载速率下各试件的Felicity比值均大于0.9,且在2.0mm/min加载速率下,Felicity比值最高,说明在该加载速率下应变强化效果最为理想。     

应变强化模型的安定准则研究

基于Melan经典的安定理论和von Mises屈服准则,建立了塑性应变强化条件下结构安定的数学模型,根据与时间无关的应力场的特性,对结构中与时间无关的应力场进行了合理的数学变换,将其与载荷变化系数联系起来,推导出与其对应的结构安定极限范围的表达式,给出塑性应变强化模型安定性存在的简化条件.该结论有利于简化应变强化条件下结构的安定分析.     

受横向冲击圆环的粘塑性大变形分析

本文采用了受压刚性平板对压圆环的准静态大变形模式,对放置在刚性平板上的圆环受落锤冲击下的动力响应作了粘塑性大变形分析,并考虑了应变强化的影响。由于把问题简化为一个自由度系统的运动,使得整个运动过程可以较方便地计算出来计算结果表明,在运动初期应变率效应对圆环承载力的提高起主要作用,在运动后期应变强化及大变形影响较大,其中应变强化起主导作用。计算结果与实验结果进行了对比。     

孔隙材料的动态损伤与破碎的细观机理

本文采用动态微孔生长的Ｃ－Ｈ－Ｊ模型分析了孔隙材料动态损伤的细观机理。利用Ｇｒａｄｙ对动态破碎的能量描述给出了延性动态破碎的细观解释。此外，本文考察了应变率效应及应变强化效应（加工硬化）对动态延性损伤的影响，数值结果表明，应变强化与应变率效应相比其影响可忽略不计。     

蜂窝夹芯雷达罩结构的鸟撞数值分析

运用非线性动力学有限元软件PAM-CRASH对鸟撞击蜂窝夹芯结构雷达罩的过程进行了数值分析。在有限元建模中对材料模型的选取做了详细的讨论。根据适航标准,使用1.80 kg的鸟体进行鸟撞分析。在不考虑材料应变率强化作用的情况下,计算了鸟体对结构上21个不同位置的撞击,给出了雷达罩结构吸收冲击能量随撞击位置的变化规律。对玻璃纤维面板材料的应变率强化作用进行讨论,对比分析了应变率强化作用对计算结果的影响,数值模拟结果可为雷达罩鸟撞实验提供参考。     

高强混凝土动态压缩试验分析

准确测量混凝土动态压缩性能及其应变率强化效应一直是冲击动力学研究领域的重点和难点之一。针对混凝土大口径SHPB实验,分析探讨了其中几个主要问题:应力均匀性问题、恒应变率问题和端面接触问题。研究表明:对于此次试验中混凝土试件而言,应力均匀性假设限制试验最大应变率小于166 s^-1;杆和试件端面接触不平和接触不良使得测算出的杨氏模量和屈服强度明显小于实际值;在此基础上,给出了五步测试法和预应力法;利用复合整形技术实现了近似恒应变率加载。利用以上所发展和改进的技术得到了C110混凝土动静态应力应变曲线,结果显示,在试验范围内混凝土杨氏模量并没有应变率效应,其单轴压缩屈服强度与应变率对数呈线性正比关系,其唯象应变率强化因子为0.10。理论分析表明,大口径SHPB试验所得混凝土应变率效应是一种唯象效应,对于混凝土类压力敏感屈服材料而言,应该根据其屈服面方程对其进行校正,从而得到其本构方程中材料的应变率强化因子,分别利用Tresca屈服准则和K&C本构中屈服面方程对其进行校正,得到C110材料的真实应变率强化因子分别为0.015和0.038。     

静动组合作用下旋转壳拉伸塑性失稳

分析了静动组合作用下几种旋转壳拉伸塑性失稳问题,给出了失稳条件下具有σ_1=A(B+ε_i)″应变强化材料的壳体的应力和应变.     

自增强厚壁球壳的应力应变分析

目前,工业压力容器广泛采用自增强技术.它的理论基础是理想弹塑性模型,不考虑材料的应变强化和Bauschinger效应,由此计算得到的加压应力、卸压应力和残余应力,与实际结果差别较大. 本文考虑材料的应变强化和Bauschinger效应,采用更接近于实际材料的混合强化模型,通过理论分析和计算,研究了球形压力容器的自增强问题. 1.理论模型描述材料混合强化模型的数学方程为     

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.     

高应变率下TiC_P/Ti复合材料的动态拉伸性能

采用旋转盘式杆-杆型动态拉伸试验机对TiCP颗粒增强钛基复合材料及其基体钛合金的动态拉伸性能进行了研究.同时为了比较,在MTS810试验机上做了两种材料的准静态试验.试验结果表明,复合材料及基体材料屈服后至材料的迅速失效,几乎没有应变硬化效应;复合材料的抗拉强度和屈服强度较基体明显提高,但延性明显下降;钛合金基体和复合材料均有明显的应变率强化效应,但复合材料的应变率强化效应明显高于基体;建立了复合材料率相关的本构关系.最后从位错等微观角度分析了复合材料的强化机理、复合材料的应变率敏感性以及复合材料应变率敏感性高于基体的原因.     

7A04铝合金的本构关系和失效模型

使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250 ℃的 准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及 Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的 应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。     

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.      

塑性预应变对屈服条件影响的实验研究

本文介绍了确定具有塑性予应变板材后继屈服条件的实验方法。铝合金板LY12～M12的实验研究表明:随着塑性予应变的增加,将依次出现各向同性强化、运动强化以及组合强化。     

钢纤维高强混凝土冲击压缩的试验研究

介绍了利用100 mm SHPB装置获得钢纤维高强混凝土冲击压缩应力-应变曲线的试验研究。同一类试样在静态和动态共4个不同应变率下的试验结果揭示混凝土是应变率敏感材料，其破坏应变、峰值应变和弹性模量表现出显著的应变率强化效应。从静态和动态压缩下混凝土损伤演化的不同形式对这种应变率强化效应进行了详细讨论。从相近应变率下不同钢纤维含量试样的试验结果中，发现冲击压缩下钢纤维对混凝土的增强效应随应变率的增大而减弱。从钢纤维对混凝土静态和动态压缩下损伤演化形式的影响，讨论了钢纤维对混凝土的这种增强效应。     

不同应变强化模型下结构安定性的研究

变载作用下弹塑性结构的安定性研究是一个有实际意义的课题，而结构的安定性与材料的强化规律有很大关系。本文对几种典型的强化模型下的结构安定性进行了研究，给出了在随动强化和组合强化条件下结构实现安定的条件，所得结论简化了应变强化条件下结构的安定分析。     

PMMA低、中应变率单向拉伸力学性能的实验研究

利用MTS810试验机和自行研制的中应变率材料试验机对有机玻璃(PMMA)准静态(应变率为2.00×10-2s-1,2.01×10-3s-1和2.38×10-4s-1)和中应变率(应变率为18.6s-1,2.81s-1,6.54×10-1s-1和2.92×10-1s-1)单向拉伸力学性能进行了实验研究。应变率为2.38×10-4s-1时,应力-应变曲线中存在软化段。结果显示,在上述应变率范围内,PMMA的力学性能具有明显的应变率相关性,表现为应变率强化、应变率硬化和高速脆性。PMMA的拉伸力学性能在应变率达到18.6s-1时出现了更大的应变率敏感性。采用包含一个非线性弹簧和六个松弛模式的粘弹性模型分析PMMA力学性能的应变率相关性,得到PMMA在低、中应变率下单向拉伸的本构方程,理论结果与实验结果符合较好。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢的非比例循环强化性能

对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了各种比例和非比例循环本构实验,其中包括圆路径、正方形、正菱形、蝶形、三角形和两种十字形应变路径。表明其具有明显的非比例循环附加强化。在相同的等效应变幅值上,材料的附加强化与路径密切相关。对于圆路径,其附加强化度最大可达60％。通过对不同应变历史的实验研究表明,先前小的非比例度的加载历史对后继大的非比例度路径的强化没有影响;而先前大非比例度的加载路径对后继小非比例度路径的循环强化有较大影响。     

考虑材料强化的塑性安定性分析

采用较真实的材料本构模型，在Ｐｏｎｔｅｒ和Ｋａｒａｄｅｎｉｚ提出的扩展的安定性理论以及彭得到的考虑混合强化的安定性定量的基础上，发展了计及应变强化和循环强化的结构塑性安定区的分析方法。通过将循环强化和应变强化分别引入子区域ＶＦ和ＶＳ，利用材料安定性假设，得到了较为合理的塑性安定边界，克服了以前的工作中对处于ＶＦ和ＶＳ区中材料分别采用完全各向同性强化（或假设热应力史是弹性应力史）和完全塑性的理想材料