CRACK PROPAGATION IN POLYCRYSTALLINE ELASTIC-VISCOPLASTIC MATERIALS USING COHESIVE ZONE MODELS

Cohesive zone model was used to simulate two-dimensional plane strain crack propagation at the grain level model including grain boundary zones. Simulated results show that the original crack-tip may not be separated firstly in an elastic-viscoplastic polycrystals. The grain interior's material properties (e.g. strain rate sensitivity) characterize the competitions between plastic and cohesive energy dissipation mechanisms. The higher the strain rate sensitivity is, the larger amount of the external work is transformed into plastic dissipation energy than into cohesive energy, which delays the cohesive zone rupturing. With the strain rate sensitivity decreased, the material property tends to approach the elastic-plastic responses. In this case, the plastic dissipation energy decreases and the cohesive dissipation energy increases which accelerates the cohesive zones debonding. Increasing the cohesive strength or the critical separation displacement will reduce the stress triaxiality at grain interiors and grain boundaries. Enhancing the cohesive zones ductility can improve the matrix materials resistance to void damage.     

一个简化的空穴多级形核模型

1 引言为在细观机理基础上建立韧性材料在一定应力状态下宏观裂纹产生和发展的力学模型。一些学者已做了不少工作.人们力图通过细观研究找到一个较接近韧性材料损伤和断裂物理本质的材料破坏准则,以用来描述和预测韧性材料的损伤和断裂.直到现在,大多数研究都认为无裂纹体与裂纹体的破坏是两个截然不同的问题.人们一直是用不同的准则来判定无裂纹试件和含裂纹试件的破坏的.但若从细观角度来看,对     

45号钢氢致脆断试验与GTN模型数值模拟研究

采用电化学方法对试样充氢后再进行单轴拉伸,在此基础上研究45号钢的氢致脆断问题.试验观察到,随充氢时间增加,试样的延伸率和平均断裂应变减小,断口韧窝数目减少,准解理区域增加.但该改变逐渐减缓,充氢大于72 h若继续充氢试样延性和断裂应变几乎不再变化.基于试验观测,将HEDE机制和受氢影响的材料微孔洞演化机制引入GTN本...     

粗晶LY-12合金准超塑性单轴拉伸模拟

在试验的基础上,利用Chaboche本构模型对LY-12准超塑性单轴拉伸变形进行数值模拟,对其能够实现大延伸率的力学现象进行分析.由于材料具有高应变速率敏感指数,颈缩不发生在标距中间,而是有多处出现颈缩.不同颈缩相互的松弛作用对变形起重要作用.模拟和试验都表明,温度一定,不同应变速率下,颈缩发生的位置和颈缩程度不同,从而最大破坏延伸率也不同.利用该模型可以预测粗晶LY-12材料的超塑性变形能力和可能破坏的部位.     

基于能量极值原理的单晶体塑性滑移的有限变形分析

对FCC单晶体的率无关弹塑性力学响应的本构关系进行了数值模拟.用一个基于能量极值原理的数值计算方法来处理复杂的多面塑性问题.这种算法可以有效地模拟单晶体多滑移系的启动.在这一理论框架下,增量的应力应变关系可以从所构造的能量函数中推导出来.对于滑移系激活情况的判定则可转化为求解活动约束的非线性数学规划问题.通过对时间的离散,此问题又可细化为逐步二次规划问题,并采用有效集法来搜索启动滑移系,进而求得弹塑性本构关系.数值结果表明该方法具有稳定、收敛、可行的特点.在数值计算的基础上研究了单轴拉伸下晶体的不同取向对单晶体硬化程度和滑移系激活情况的影响.     

ECAP过程压头压力的分析——试验与模拟

结合试验与数值模拟探讨了等通道转角挤压（EqualChannelAngularPressing,简称ECAP）过程中影响压头压力的主要因素。通过试验考察了A、Ba、Bc、C等四种挤压路径下压头压力测试的统计平均分布特征和大小、挤压速度对于压头压力的影响、其它影响压头压力的因素;试验结果显示了不同路径、不同挤压道次对压头压力大小的影响及压力值的显著差别。另外,针对等通道转角挤压过程中模具的转角角度、转角半径、模具与挤压试样之间的摩擦条件等因素与压头中压力的关系,采用有限元方法进行了大应变数值模拟。模拟结果显示：较小的模具转角、较大的转角曲率、粗糙的接触表面会显著增加压头中压力;试验与模拟研究可为ECAP过程及类似加工过程的力学分析提供参考。     

垂直于双材料非完美界面Ⅱ型裂纹的断裂分析

研究了垂直于双材料非完美界面的Ⅱ型裂纹问题,采用线性弹簧模型模拟非完美界面．然后用Fourier积分变换方法把边值问题转化为求解具有Cauchy核的奇异积分方程,获得了裂纹两端应力强度因子的数值解．详细研究了问题的几种特例,并用数值实例分析了界面的非完美性对应力强度因子的影响．结果表明应力强度因子与界面参量有关并在完美界面和分离界面所对应的结果中变化．     

纯铜后继屈服面的测试与晶体塑性模型模拟

通过纯铜薄壁圆管试样的实测和晶体塑性模拟,用单试样法和多试样法对分别经历拉伸、扭转和组合拉扭变形的试样后继屈服面进行研究.考虑预变形方式、测点数目、测试顺序和指定平移应变等不同条件,对后继屈服面测定结果差异及屈服面内凹现象进行探讨.在此基础上,比较了单试样和多试样两种方法的合理性与有效性.数值模拟采用能反映Bauschinger效应的晶体塑性模型,试样有限元模型每个单元的晶体取向均随机生成,能反映多晶材料变形特征.模拟试验加载过程与真实试验一致.研究表明:(1)采用本文方法可再现真实试验过程,模拟后继屈服面测试展示的现象与实测相近,证实了方法的有效性和合理性;(2)模拟测试与实测均发现,薄壁圆管组合拉扭加载测得的后继屈服面可能出现内凹,单试样法测得屈服面的内凹现象尤为显著;(3)若试验材料的材质比较一致,用多试样法测试后继屈服比用单试样法更合理.     

Q235钢缺口试样拉压低循环疲劳的实验研究

以Q235钢制U型缺口板试样为研究对象,用有限元方法计算其缺口根部等效应变幅对应的试样标距段位移,以此控制试验机进行拉压循环疲劳试验。然后用局部应力应变法对试验测得的寿命结果进行分析。结果表明：无论用有限元还是修正Neuber公式计算缺口根部的应力应变,局部应力应变法的疲劳寿命评估只适用于缺口半径较大的试样;对缺口半径较小试样的估计寿命明显低于实测值,且有限元法比修正Neuber法更保守。进而又对试样缺口区域应变梯度的影响进行了探讨：参照有限元计算的应变梯度,利用Taylor模型估算了缺口根部的屈服应力和流动应力;在此基础上重新计算应变分布并估计试样的疲劳寿命,结果证实考虑应变梯度影响可改善缺口试样的疲劳寿命估计。     

单晶体塑性滑移有限变形下的应力计算

为了探讨和发展单晶金属材料的非弹性有限变形分析方法,提出一种单晶体各向异性弹塑性分析的计算格式.该方法是一种以初始构形为变形计算参考构形的描述方法,它对单晶体塑性构形的演化用增量计算以跟随加载路径,而在应力计算时在卸载构形的基础上用Hencky对数弹性应变来计算总量的应力以保证计算的稳定和收敛;通过求解满足瞬时屈服条件和应力与弹性应变关系的广义胡克定律的非线性方程组来搜索激活滑移系.