复杂应力状态下7085铝合金失效破坏试验与数值研究

本文在损伤力学和金属延性断裂理论的框架下,通过设计多种局部细节特征的元件级试验件,研究7085铝合金材料在不同应力状态下的破坏性能。通过试验与有限元分析相结合,建立7085铝合金材料断裂塑性应变与应力状态参数(应力三轴度)间的关系,作为金属材料失效判据。最后,通过接头结构破坏试验,验证失效判据的预测精度,试验与数值仿真结果表明通过本文设计的元件级试验件获取的材料应力三轴度-断裂应变失效判据能有效预测复杂应状态下接头结构的失效行为。     

钛板热校形及其高温力学性质的研究

钛板零件热校形的本质是材料软化及应力松弛。在对TA2(工业纯钛)、TC_1(Ti—2A1—1.5Mn)、TC4(Ti—6A1—4V)钛板进行高温拉伸与短时应力松弛实验中,我们采用激光扫描变形测量仪和X-Y函数记录仪,实现了应力应变及应力松弛曲线的自动记录。 本文提出用对数方程作为应力应变关系及高温短时应力松弛的数学模型,进而求得了板料在热校形中的塑性纯弯曲回弹角度及回弹半径公式。在不同的热校形条件下,计算值与实验结果相近,所得公式可用于定量估算弯曲件在热校形中的工艺参数。     

金属板料压延性能的研究

实践表明,金属板料在板平面与厚度方向之间的塑性異性,以及材料的应变刚,两者皆对其压延性能有利。本文从理论上分析了它们与压延性能之间关系,并进而提出一种定量评定板料压延性能的方法(计算极限压延系数),此时只须进行简单的拉伸机械试验即可。解决该问题的关键在于,如何可靠地确定压延危险断面强度。为此,本文考虑到上述的板料各向异性及应变刚的综合作用,并利用板料在复杂应力状态下的受拉失稳条件,得出了压延危险断面强度的计算公式。该公式本身以及计算极限压延系数的方法,其可靠性为七种板料的试验研究结果所证实。 本文为作者在北京航空学院付教授唐荣锡指导下,所完成的研究生毕业论文之一部分。在实验工作方面得到实验室同志的大力支持,在此顺致谢意。     

光纤光栅传感器对非均匀应变场的响应特性

提出利用测量位置处光栅传感器的光谱特征反推该处对应的应变分布状态的方法。采用改进的传递矩阵方法，模拟了不同应变分布函数对应的光谱响应，分析了其基本特征参数同应变分布之间的变化规律。通过有限元仿真计算试验件在弯曲载荷下光栅粘贴处的应变分布，重构了传感器的光谱，并将其和应变分布函数的理论计算光谱图进行比较，验证了应变分布形式与反射光谱特征的关联性。构建带有不同半径圆孔的铝合金板孔口弯曲加载试验系统，测试试验件弯曲挠度和孔径大小与反射谱特性的关系。理论及试验结果表明，实测与仿真计算的谱图变化具有相同规律，光谱特征参数可作为预测铝合金孔径的有效指标，并为其他类型结构的应变场变化规律的监测提供参考依据。     

粉末高温合金应变率及循环特性的试验研究

对ＦＧＨ９５粉末高温合金进行了３种温度下应变率跳级单向拉伸试验和５５０℃下控制应变的疲劳试验评定。分析了该材料在室温和高温下的应变率敏感性以及其循环应力应变特性，结果表明：ＦＣＨ９５是一种循环硬化材料，对应变率不甚敏感为进一步开展其粘塑性特性研究，建立这种材料的本构关系和粉末冶金涡轮盘的应力分析，寿命研究提供了试验依据。     

形状记忆合金增强复合材料的一维σ—ε—T关系

分形状记忆合金（ＳＭＡ）相变前和相变过程中两阶段，推导了形状记忆合金增强复合材料（ＳＭＡＲＣ）的唯一应力，应变和温度的关系，实验研究包括：ＮｉＴｉｎｏｌＳＭＡ丝自由回复时的回复应变与温度，受限回复下的回复应力与温度的关系，玻璃纤维／环氧树脂复合材料的ＳＭＡＲＣ试件的单向拉伸，一定应变下ＳＭＡＲＣ拉伸试件的应力与温度的关系，恒定外载下ＳＭＡＲＣ拉伸试件和纯弯曲试件在触发ＳＭＡ前后应变的变化。结果表明     

超弹性N形杆纯弯曲力矩理论建模和试验验证

为了使N形杆在空间结构中顺利展开,对其缠绕过程中的力学特性进行了分析。基于协变基向量法建立了纯弯曲条件下各向同性单片带簧在缠绕时应变能理论模型,并采用最小势能原理推导了弯矩的理论模型,然后通过拟合曲率推导了N形杆缠绕时的理论模型。研制了4根N形杆样件,并搭建了试验平台,使用数显式推拉力计分别对杆件在缠绕过程的拉力进行了5次测试,然后求出峰值力矩,发现试验值与理论值的偏差不大于8.83%,偏差平均值为2.813%,从而验证了理论模型的准确性。该研究可用来分析超弹性杆在纯弯曲状态下的峰值力矩,对超弹性杆在宇航空间中的应用具有重大意义。     

塑性应力集中计算方法的探索

在结构设计计算时,常常得出某些应力集中部位的应力大于σ_B的情况。但是结构并不破坏,说明计算中有问题。一般都是因为应力集中部位很早就进入塑性了,进入塑性后的应力计算和弹性计算应该不同,但却在计算时没有给予区别。我们在华东化工学院凌容教授悉心指导下,对LD10CS等铝材进入塑性后的应力应变进行了研究,找出了滑移规律表达式,并对中心并有椭圆孔的拉伸板进行了理论计算和试验测定,初步证明理论和试验一致。     

延性金属的断裂强度

由Griffith脆性断裂基础理论引伸,导出了延性断裂理论,求得含有穿透裂纹或表面裂纹非加劲平板结构断裂强度新的表达式。与常用的线弹性断裂力学使用一个材料参数不同,在表达式中使用两个材料参数。本理论独特之处在于两个参数可以由单向拉伸的应力一应变曲线求出;并且,对常用的结构金属,在很宽的裂纹尺寸范围内,应力超过或者低于金属屈服应力下,理论结果和试验数据相当符合。 A—半椭园表面裂纹临界面积,(πac)/2,in~2。(吋~2) Au—在σ=σ_U下半椭园表面裂纹临界面积,in~2。(吋~2) A—埃,0.394×10~(-8)in。(吋) a—半椭园表面裂纹的深度,in。(吋) a_U—在σ=σ_U下半椭园表面裂纹的深度,in。(吋) 2C—穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) 2C_U—在σ=σ_U下穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) 2C_L—在σ=σ_L下穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) E—拉伸时的杨氏模量,Psi(磅/吋~2) h—滑移带的有效高度,in。(吋) h_F—裂纹前缘变形区城的有效高度,in,(吋) h_U—裂纹前缘附近变形区域的有效高度,in。(吋) K_O—线弹性平面应力或混合型的断裂韧性,Psi in~(1/2)。(磅/吋~(3/2)) K_(1C)—线弹性平面应变断裂韧性,Psi in~(1/2)。(磅/吋~(3/2)) K_(TC)—具有中心穿透裂纹的薄板或平板的断裂靱性,Psi(in)~(1/(2 ω)(磅/吋~((3 2ω)/(2 ω)) K_(pC)—具有中心表面裂纹的薄板或平板的断裂靱性,Psi(in.)~(1/(2 ω)(磅/吋~((3 2ω)/(2 ω))) K—厚度参数 L_G—单向拉伸试验中所用的应变片长度,in。(吋) n—ε_(TP)之Ramberg—Osgood关系的指数 P—单位厚度塑性能吸收率,L bs/in。(磅/吋) T—产生单位面积新裂纹表面所消耗的能量,Lbs/in。(磅/吋) t—断裂试件厚度,in。(吋) t—单向拉伸试件厚度,in。(吋) t_o—平面应力断裂的最大厚度,in。(吋) U_E—可用于产生新裂纹表面的单位厚度弹性能,Lbs(磅) U_S—产生新裂纹表面时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_P—塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_F—裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(F1)—在σ=σ_U下,裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(F2)—在σ=σ_L下,裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_U—裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(U1)—在σ=σ_U下,裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(U2)—在σ=σ_L下,裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) W—试件宽度,in。(吋) W_F—在应力—应变曲线下面,从颈缩开始时的应变到σ_F的应变之间的塑性能密度, Psi(磅/吋~2) W_U—在应力—应变曲线下面,从σ_L的应变到颈缩开始时的应变之同的塑性能密度, Psi(磅/吋~2) β—厚度参数ε_L—在σ=σ_L下的单向拉伸应变ε_N—修正后的颈缩单向拉伸应变ε_U—颈缩开始(σ=0.995σ_U)时的单向拉伸应变ε_F—在σ=σ_F下的修正后的单向拉伸应变ε_F—在σ=σ_F下的平均单向拉伸应变(应变片长度内平均) ε_Y—在σ=σ_Y下的单向拉伸应变ε_(PL)—在σ=σ_L下的单向塑性应变ε_(PU)—在颈缩开始时的应力下的单向塑性应变ε_(PF)—断裂应力下的单向塑性应变ε_(TL)—在σ=σ_L下的单向真正拉伸应变ε_(TY)—在σ=σ_Y下的单向真正拉伸应变ε__(TU)—颈缩开始时的单向真正拉伸应变ε_(TF)—在σ=σ_F下的单向真正拉伸应变ε_(TP)—单向真正塑性拉伸应变ε_(TPU)—在σ=σ_L下的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPY)—在σ=σ_Y下的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPU)—颈缩开始时的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPF)—在σ=σ_F下的单向真正塑性拉伸应变λ—裂纹形状因子μ—厚度参数ν—波松比σ—垂直于裂纹平面的总(毛)面积应力(单向拉伸应力),Psi(磅/吋~2) σ_L—相当于0.0005单向塑性应变的弹性极限拉仲应力,Psi(磅/吋~2) σ_Y—单向屈服拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_U—单向极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(UF)—从σ_U至σ_F的平均单向拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_F—单向断裂拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_T—单向真正拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TY)—单向真正屈服拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TU)—单向真正极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TUF)—从σ_(T_U)至σ(TF)的平均真正单向拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TL)—单向真正极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TF)—单向真正断裂拉伸应力,Psi(磅/吋~2) φ—裂纹形状参数ω—断裂靱性参数     

圆环压缩的刚塑性有限元分析与应用

本文采用刚塑性有限元法分析圆环压缩,并与上限法分析和试验结果进行比较。结果表明,采用这种方法可以计算标定曲线,计算各种润滑剂的摩擦因素和压缩状态下材料的应力应变曲线,模拟圆环的变形和摩擦面的正压力分布。 本文还通过试验,求得四种高温润滑的摩擦因素和Ti-6Al-4V在不同条件下的应力应变曲线。     

1963─1965学报各期目次表

１９６３─１９６５学报各期目次表南京航空航天大学学报（原名南京航空学院学报）１９６３年６月总第１４期（第６卷第１期）目次宽板的塑性纯弯曲理论和回弹量计算…………………………………‘··。………··陶宝棋（１）应力应变圆…………………………………………...     

一个重要的实验现象——金属材料屈服平台处的泊桑比剧减和剧增现象

我们从具有屈服平台金属材料试验中发现,在屈服阶段的泊桑比总是存在剧减和剧增。这个现象的发现将要求重新考虑塑性理论中的应力和应变之间关系式,还有助于解释理论和实验之间不一致的一些现象。     

压缩载荷下非对称变厚度复合材料层合板性能研究

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型（Finite element model, FEM）,其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用于模拟分层的萌生和扩展。根据试验得到的应变数据分析,不连续的中性轴使层合板中产生弯矩,这些弯矩与轴向压缩载荷相互耦合,共同作用在层合板上。有限元结果表明,在薄段和变厚度段的交界处存在明显的应力集中,且薄段的应力大于厚段的应力。在交界处,发生了分层以及纤维和基体的压缩损伤,这与试验的结果一致。FEM预测的极限荷载比试验测得的平均极限荷载小10.7%,证明了模型的可行性和合理性。     

测定塑性应力的一种图解法及应力-应变曲线修正

本文根据塑性变形下的应力-应变关系,提出用应变片电测法来求出塑性应力的专用材料图解法。它比国内外现有的图解法具有制图简单、图线规则、使用方便的优点。本文还讨论了根据原材料的应力-应变曲线和横向应变-纵向应变曲线,对于加工后屈服极限改变的构件材料,通过对它的应变进行实测,推算出测量处材料的修正应力-应变曲线的方法,使在实际构件的塑性应力实验分析中所采用的应力-应变模型,接近于真实情况,从而减少计算误差,具有一定的实用意义。     

形状记忆合金增强复合材料的一维σ－ε－T关系

分形状记忆合金（ＳＭＡ）相变前和相变过程中两阶段，推导了形状记忆合金增强复合材料（ＳＭＡＲＣ）的一维应力、应变和温度的关系。实验研究包括：ＮｉＴｉｎｏｌＳＭＡ丝自由回复时的回复应变与温度、受限回复下的回复应力与温度的关系，玻璃纤维／环氧树脂复合材料和ＳＭＡＲＣ试件的单向拉伸，一定应变下ＳＭＡＲＣ拉伸试件的应力与温度的关系，恒定外载下ＳＭＡＲＣ拉伸试件和纯弯曲试件在触发ＳＭＡ前后应变的变化。结果表明，ＳＭＡＲＣ除了具备传统结构材料承载的功能之外，还具有改善和增强材料本身性能的能力。     

DD3单晶粘塑性行为实验研究

介绍ＤＤ３单晶粘塑性行为实验研究的部分结果。实验分别在７００℃，８５０℃，９５０℃三种温度下进行，实验项目有等应变率拉伸，等应力蠕变和控制应变幅的等应变塑塑性循环，试验发现，单晶ＤＤ３的屈服特性随温度、应变率、晶向而变化。ＤＤ３单昌的蠕变变形有明显的三个阶段特性，蠕变曲线形状和蠕变寿命与晶向和温度相关，ＤＤ３单昌在高温下存在循环塑性软化现象，这是由于塑性功损伤引起弹性模量下降造成的。ＤＤ３单晶的临     

IC10合金本构关系的神经网络模型

为研究IC10合金在不同温度、不同应变率下的流变规律,本文利用材料试验机(MTS809)测得IC10合金在很宽的温度范围(25~800°C)和不同应变率(10-5~10-2s-1)内的应力-应变曲线。试验结果表明,在小于800°C及小应变率条件下IC10合金的流变行为表现为应变硬化。基于试验数据,本文建立了IC10合金本构关系的BP神经网络模型,该模型以应变值、应变率及温度作为输入量,流变应力为输出量。与试验结果比较表明,BP神经网络模型的预测精度较高,说明该模型可以精确地预测IC10合金在不同温度、不同应变率下的流变行为。     

不同温度和应变速率下7022铝合金流变应力行为

通过在293-773 K的温度范围内和应变速率为0.001-0.1 s-1下对7022铝合金薄板进行温拉伸试验,研究了7022铝合金温拉伸性能,以及该合金在升温条件下流变应力与变形温度和应变速率之间的关系.并利用改进了的Hooke law和Grosman方程建立了7022铝合金在温拉伸时应力-应变本构模型.研究结果表明:7022铝合金的流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;温拉伸试样的延伸率随变形温度的升高而升高,随应变速率的增大而减小.     

杯形件拉深工艺过程中变形区的应力应变分析

用塑性理论求得杯形件拉深成形工艺过程中凸缘部分的应力与应变分布的解析解。由于不需要厚度保持不变的假设,所得结果比现有成果更加符合实际情况。同时还分析了成形过程中的厚度变化情况,分析结果与生产中厚度增加一般不超过30％的实际情况基本吻合。     

机场跑道改性沥青混凝土抗冲击性能

为研究中高应变率下NRP和掺高粘剂的SBS两种改性剂对AC-13型沥青混凝土动力性能的影响,采用直径74 mm SHPB装置进行了4个气压下的冲击压缩试验,获得了不同种类改性沥青混凝土的破坏形态及应力-应变曲线。研究表明：沥青混凝土动态应力-应变曲线分为弹性变形、塑性强化和塑性破坏3个阶段,破坏形态分为裂缝、破损、块裂和碎裂4种;两种改性剂均能改善沥青混凝土的抗冲击性能,并且对峰值应力和冲击韧性的应变率敏感性有一定影响,在不同应变率范围内两种改性剂对冲击韧性增强作用不同,NRP对峰值应力增强作用优于掺高粘剂的SBS;应变率超过130/s时,沥青混凝土出现弹性模量退化现象,NRP对弹性模量有提高作用。