螺旋压缩弹簧应力松弛特性试验分析及其应用

本文通过应力松弛试验、理论推导及数值模拟研究了高温下螺旋压缩弹簧的应力松弛规律,并利用加速模型对工况下弹簧应力松弛服役寿命做出预测.首先,根据螺旋压缩弹簧的结构特点搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置,该装置不仅避免了传统测试方法存在的缺陷,而且能够保证试验过程中位移载荷恒定,并实时监测载荷变化.本文以某飞机舱门单锁机构...     

可靠性物理技术与导弹惯性平台贮存寿命预测

－本文在分析导弹惯性平台贮存试验数据的基础上，运用可靠性物理技术，研究探索了惯性平台贮存失效机理，建立了惯性平台贮存寿命可靠性物理模型，提出了预测惯性平台贮存寿命的计算方法。     

钻孔偏心对松弛应变和残余应力的影响

用盲孔释放法测残余应力的基本理论导出在任意钻孔偏心下应变释放系数 A、B 的精确公式.同时通过用偏心公式和不偏心公式计算得到的残余应力值的比较,说明钻孔偏心量对残余应力值影响很大.     

基于加速退化模型的加速度计非线性特征分析及贮存寿命预测

针对具有非线性退化特征的加速度计在长期贮存环境下贮存寿命难以有效评估的问题,在恒定应力加速退化试验条件下利用非线性退化模型评估某加速度计贮存寿命。首先通过分析加速度计性能退化机理,确定作用温度为主要应力,Arrhenius模型为加速模型。其次,建立非线性退化模型,分析模型特征参数与应力水平的关系,推导出受加速模型限制的寿命分布概率密度函数。最后用极大似然估计与统计分析结合的参数辨识法估计特征参数。实验结果表明:该加速度计的期望贮存寿命为64 200h,其漂移系数与扩散系数均随温度升高而增大,形状参数则保持不变。     

基于修正的局部应力应变法估算连接件疲劳寿命

飞机机体结构疲劳裂纹的萌生与扩展几乎都发生在紧固件连接处,预测结构连接件的疲劳寿命具有重要意义.为了准确计算连接件疲劳寿命,提出了一种修正的局部应力应变法,该方法首先采用应力严重系数法和修正Neuber法分析连接件高应力区的应力、应变,然后利用Manson-Coffin方程计算疲劳寿命,此外考虑到在中、高周疲劳里表面加工和尺寸因素的影响是不能忽略的,对应变-寿命曲线的弹性段作了修正以使其同时适用于高、低周疲劳寿命的估算.以搭接件为算例进行疲劳寿命计算,并使用MTS Landmark试验机对搭接件进行疲劳试验.结果表明,采用此方法估算的连接件疲劳寿命与试验结果相比误差小于16％,证明了此方法的有效性.     

基于裂纹扩展的疲劳-蠕变寿命预测

为了提高疲劳-蠕变寿命的预测精度,首次从裂纹扩展角度出发引入有效应变能密度增量,利用应力-应变迟滞回线所围图形的正值面积对其进行了定义和计算。计算表明,有效应变能密度增量与加载的应力、速率、保载时间、材料性质及疲劳-蠕变的速率相关,且随压应力增加而增大。通过将有效应变能密度增量与裂纹的长度之积定义为裂纹扩展的控制参量,建立了疲劳-蠕变下的裂纹扩展速率方程,并由此导出了疲劳-蠕变寿命与有效应变能密度增量之间的关系式。该式中的疲劳与蠕变有效应变能密度增量交叉项恰好反映了疲劳与蠕变的交互作用。最后,采用该式对1.25Cr0.5Mo钢在540℃时不同应力控制下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,发现83.3%的预测值在实验值的1.3倍分散带以内,预测结果良好。     

一种用于P92钢寿命预测的蠕变模型研究

首先分别在595℃、610℃、670℃下进行了P92钢的单轴蠕变拉伸实验。结果表明:当实验温度高于600℃时,应力和应变在双对数坐标下呈现非线性特征,蠕变过程无法通过Norton指数模型进行描述。为了进一步解决高温下蠕变寿命的计算和预测问题,本文提出了一种改进的蠕变本构模型;并在此基础上,引入损伤变量描述第三阶段蠕变。利用新的蠕变模型对P92钢在595℃、610℃温度条件下的蠕变过程进行了模拟,结果表明模型预测的蠕变寿命和实验值误差在5%之内,符合工程评估要求。     

高温下橡胶应力松弛行为对封隔器密封性能的影响研究

由于橡胶材料的温度特性和时间特性,封隔器胶筒的密封性能自坐封成功后是不断衰减的。本文对大芦湖东部某井的Y344压缩式封隔器氟橡胶胶筒材料进行高温下的样本单轴拉伸试验和应力松弛试验。根据试验结果拟合相应的超弹性本构模型和黏弹性本构模型,并建立Y344压缩式封隔器的有限元模型进行仿真分析。结果表明:橡胶材料高温下的应力松弛导致胶筒的最大剪切应力、最大接触应力、线压和面压均有不同程度的下降,导致封隔器的密封性能和密封可靠性下降。因此,在考虑封隔器胶筒密封性能时,有必要考虑胶筒橡胶材料应力松弛行为带来的影响。     

温度循环应力剖面对QFP焊点热疲劳寿命的影响

采用统一型粘塑性Anand本构方程描述了QFP(四方扁平封装)焊点的粘塑性力学行为,利用有限元分析软件建立组装在印制电路板上QFP的有限元模型,通过研究焊点内部总应变范围的变化进而研究温度循环应力剖面各个参数对焊点热疲劳寿命的影响,为设计合理的温度循环应力剖面提供了理论依据。     

加速度计贮存寿命与可靠性的步进应力加速退化试验评估方法

针对加速度计长期贮存环境下贮存可靠性无法准确快速评估的难题,应用步进应力加速退化试验方法快速评估某加速度计的贮存可靠性。首先对加速度计实施故障模式影响及危害性分析和故障树分析,确定敏感应力为温度应力,加速模型为阿伦尼斯模型。其次,对其实施步进应力加速退化试验,并建立数学模型拟合其在各温度应力下性能退化曲线,结合失效阀值求解各样本的伪寿命。通过对各应力水平下样本的伪寿命进行分布假设检验,确定其贮存寿命服从威布尔分布,最终利用加速模型外推正常温度下的寿命分布参数,进行正常温度下贮存期寿命和可靠性指标的评估,得到加速度计在贮存140 160 h(16 a)时的可靠度为0.988。     

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．     

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。     

超高分子量聚乙烯材料的应力松弛研究

采用实验方法研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料,在不同温度、应变率和初始应变的条件下进行单轴压缩应力松弛实验,得出松弛应力与时间成非线性关系,且温度越高、应变率越大、初始应变越小,则最终稳定的应力值越小的结论．采用时间分数阶粘弹性模型,结合Boltzmann叠加原理推导出UHMWPE材料在整个加载段及松弛段的应力响应函数,并与实验数据最小二乘拟合．结果表明,时间分数阶Scott-Blair模型能很好地描述UHMWPE材料的粘弹性行为．     

考虑应力松驰复合型裂纹顶端塑性区分析

Ｓｈｉｈ［１］应用奇异单元，获得了不考虑应力松驰小范围屈服条件下复合型裂纹尖端塑性区形状。Ｚ．Ｚ．Ｚｕ等［２］采用Ｒｉｃｅ［５］给出的裂纹尖端应力关系式，利用有限元分析获得了不考虑应力松驰下复合型裂纹尖端塑性区，本文基于静力学中内力与外力平衡条件，用线弹性的全场解代替局部解，给出了考虑应力松驰下复合型裂纹尖端塑性区边界方程，获得了考虑应力松驰下的任意方向的塑性区尺寸及塑性区形状     

疲劳过程中的能量耗散和疲劳寿命的预测

试验测量了A3钢和铝合金LY12CZ在疲劳过程中的耗散能密度与应力幅的关系和破坏时的临界累积耗散能密度。通过一系列不同加载频率和应力比的比较试验,结果表明耗散能密度与应力幅的关系和临界累积耗散能密度在不同加载频率下变化不大,但是受应力比的影响较大。本文还建立了临界累积耗散能密度疲劳寿命预测判据,并用此判据进行了带中心孔板条构件的疲劳寿命预测,取得了较好的结果（误差在25％以内）。这种方法对于构件局部的疲劳主要由一个方向应力控制的工程问题,使用简便有效。     

芯片封装焊球连接疲劳寿命预测分析--能量法和有效应变法之比较

研究了目前常用的两种芯片封装焊球连接的寿命预测方法一能量法和有效应变法。对焊球连接的材料本构关系进行了对比分析，并利用FORTRAN语言编制了相应的材料本构模型子程序，将其与有限元仿真工具ANSYS耦合，实现了将焊球连接的材料本构模型用户子程序导入到ANSYS的材料库。在此基础上模拟了三维芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球结构，在热循环条件下(-40～ 125℃的工作状态，并分别利用能量法和有效应变法对焊球连接的寿命预测进行了比较分析，最后对两种方法作出了评价。     

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.     

镁合金MB2在高应力三轴度下的拉伸破坏行为研究

通过光滑试件及不同曲率半径缺口圆柱试件的拉伸试验,实现对镁合金MB2的单向及多向应力状态加载。结合数值模拟分析,研究了不同试件在拉伸加载过程中应力状态的变化。以应力三轴度为参数,给出了镁合金MB2等效破坏应变的变化规律,在应力三轴度-等效破坏应变空间建立了镁合金MB2的失效破坏准则。利用扫描电镜对试件断口形貌进行观察,分析了导致材料宏观延性变化的微观损伤机理,对不同应力状态下镁合金MB2的失效破坏行为做出了合理解释。     

FCC金属塑性屈服的尺度效应和应变率响应

对纳米尺度单晶铜的剪切变形进行了分子动力学（MD）模拟．模拟结果表明,单晶铜的剪切屈服应力随模型几何尺度的增大而降低,而随着应变率的增大而升高．基于位错形核理论,建立了一个修正的指数法则来描述面心立方（FCC）金属的尺度效应,该法则与较大尺度范围内（从纳米到毫米以上）的数值模拟结果以及实验数据都符合得比较好．另外,MD模拟中发现单晶铜存在一个临界应变率,当施加的应变率小于该值,剪切屈服应力几乎不随应变率变化而变化;当大于该值,剪切屈服应力会随着应变率的增加迅速升高．最后根据模拟的结果建立了单晶铜和单晶镍塑性屈服强度的应变率响应模型．     

A Pulse-Heated Kolsky Bar Technique for Measuring the Flow Stress of Metals at High Loading and Heating Rates

The National Institute of Standards and Technology (NIST) has developed an electrical pulse-heated Kolsky Bar technique for measuring the constitutive response of metals at heating rates of up to 6,000 K/s and strain rates up to 10⁴ s⁻¹. Under these conditions, which are approaching those found in high speed machining, thermally activated microstructural processes such as grain growth, solid state phase transformation and dislocation annealing can be bypassed, leading to unique non-equilibrium superheated microstructural states. Flow stresses can thus differ significantly from equilibrium high temperature conditions. This paper describes the NIST pulse-heated Kolsky bar technique in detail, including a thorough assessment of uncertainties in temperature and flow stress measurement.