序言

四川省力学学会2020年学术交流会于2020年11月在成都西南石油大学召开,来自川内外16家单位的180余位专家学者围绕"力学前沿与应用"这一主题展开交流和研讨,从与会专家所撰写的众多论文中精心挑选了22篇优秀论文汇集成了《西南石油大学学报(自然科学版)》本次所载的"力学专刊".     

钛合金Ti-6242S高温棘轮行为实验研究

为揭示钛合金Ti-6242S的高温棘轮行为特征,对钛合金Ti-6242S在25~520℃的温度范围内进行了单调拉伸、应变循环和应力循环实验. 结果显示:随着温度的升高,钛合金的弹性模量和名义屈服应力降低,延伸率增加;材料在应变循环下呈现出循环软化特性;在应力循环下,材料呈现出明显的棘轮行为,棘轮应变随着加载的应力幅值和温度的增加而增加,且对加载历史具有依赖性;同时,高温下的棘轮应变由塑性应变和蠕变应变共同贡献. 恒定平均应力下,大的应力幅值导致损伤和棘轮行为的交互作用,急剧缩短材料的疲劳寿命.     

NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形行为宏微观实验和理论研究进展

论文对NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形行为研究的最新进展进行综述和评价.首先总结NiTi形状记忆合金在循环加载条件下的单轴、非比例多轴循环变形特性以及强烈的热-力耦合特性,阐述NiTi形状记忆合金在循环变形过程中出现功能性劣化的微观机理;然后,讨论在宏观和细观尺度上建立的三类NiTi形状记忆合金典型的循环本构模型,并评述代表性模型的预测能力;最后,总结已有研究存在的不足,对相关问题的进一步研究提出建议.在本构模型方面主要介绍了作者及其合作者在基于晶体塑性的热-力耦合循环本构模型方面的工作,突出了多种非弹性变形机制和强烈热-力耦合行为对形状记忆合金循环变形行为的影响.     

穿山甲鳞片拉伸性能和微结构特征

对穿山甲鳞片试样进行了单调拉伸试验和拉伸断口的微观观测,揭示了穿山甲鳞片基本力学性能及其与微结构之间的联系。结果表明,穿山甲鳞片表现出较好的韧性,横向的强度极限略高于纵向,而弹性模量和延伸率低于纵向。拉伸断口微结构观测结果表明,穿山甲鳞片具有微米尺度的薄片重叠、堆垛而形成的层状结构,有助于鳞片的增韧。     

高应力幅循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响

U78CrV钢轨广泛应用于我国重载铁路,在服役过程中承受具有不同循环历史的滚动接触疲劳载荷,由此诱发的棘轮行为将加剧钢轨的疲劳失效。首先开展低应力幅和高应力幅下的非对称应力控制循环实验,随后进行具有不同循环周次高应力幅循环历史的低应力幅值循环实验,揭示应力幅和应力循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响。实验结果显示,U78CrV钢在非对称应力循环载荷作用下表现出显著的棘轮行为,应力幅的增加会提高棘轮应变和棘轮应变演化率;预加载的高应力幅循环周次越高,随后的低应力幅下的棘轮行为越明显;不同循环周次的高应力幅循环历史降低了低应力幅循环的棘轮应变率,但增加了耗散能密度;不同高应力幅循环历史下的低应力循环疲劳寿命与失效棘轮应变和稳定耗散能密度密切相关,随着失效棘轮应变和稳定耗散能密度的增加而降低。基于稳定耗散能密度建立了幂律函数,可以合理预测高应力幅循环历史的低应力循环疲劳寿命。研究结果对U78CrV钢轨的疲劳失效评估具有重要的参考价值。     

基于LabVIEW平台的形状记忆合金温度循环加载控制装置研究

本文根据NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形实验的要求,针对传统加热方法变温速度慢、温度变化非线性、加热不均匀,且无法与其他装置配合使用等缺点,提出了一种新型形状记忆合金温度循环加载控制装置。该装置基于电流加热方法,使用测温仪表进行测温,采用直流电源与降温组件进行变温,同时利用PID等控制方法进行控制,达到精准控温的效果。通过测试及实验,可以看出,该装置具有良好的控温性能、快速的变温速度、自动的程序控制等优点。本装置的成功开发为形状记忆合金热-力耦合循环变形和疲劳失效行为的实验研究提供了坚实的设备基础。     

退火和调质42CrMo合金钢单轴循环塑性行为的实验研究

在室温下对退火和调质42CrMo合金钢进行了单轴应变控制和应力控制的系统循环实验,并对它们的应变循环和应力循环特性进行比较.揭示和分析了应变幅值、平均应变及其历史对材料应变循环特性的影响以及应力幅值、平均应力及其历史对棘轮行为的影响.讨论了应变循环和应力循环间的交互作用以及不同热处理工艺下材料循环变形行为间的区别.研究发现材料的热处理工艺、平均应力和应力幅值及其历史对材料的棘轮行为都有很大的影响.得到了一些有助于进行合理本构描述的结果.     

金属材料疲劳裂纹扩展机制及模型的研究进展

裂纹的萌生、扩展和断裂行为及其与材料本身和外部因素的关联一直是工程与科学领域的重要研究课题.论文总结了影响金属材料疲劳裂纹扩展的多种因素,综述了高周疲劳裂纹扩展的唯象模型和理论模型,以及低周和超高周疲劳裂纹扩展模型的最新进展(包括基于能量的和考虑概率的).综合前述模型优缺点,提出了一种基于单轴拉伸性能的新型疲劳裂纹扩展模型(iLAPS).分析表明,新模型iLAPS与多种常用材料的疲劳裂纹扩展试验数据吻合较好,并且能够准确地给出不同应力比下的裂纹扩展速率曲线.最后,对先进材料抗疲劳开裂性能的高通量表征及运维技术进行了展望.     

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.     

热致和磁致形状记忆合金循环变形和疲劳行为研究

形状记忆合金(包括热致和磁致形状记忆合金)由于其特有的超弹性和形状记忆效应, 一直以来受到学者和工程界人士广泛关注, 且已有诸多成功的工程应用案例.为了进一步拓展该类合金的工程应用范围, 对其热--力和磁--力耦合循环变形和疲劳失效行为的宏微观实验观察和理论模型研究成果进行了综述. 总结了NiTi和NiTiX两类合金材料的温度诱发(即热致)的热--力耦合循环变形和疲劳失效行为研究的最新成果; 对以NiMnGa合金为代表的磁场诱发(即磁致)的磁--力耦合循环变形和疲劳失效行为的研究现状进行了评述; 提出并预测了未来的研究方向及发展趋势.