基于极限应变分析的十字形试件有限元设计

为了通过十字形双向拉伸试验来实现复杂加载,研究复杂应变加载路径下板材的极限应变,采用有限元数值模拟技术,设计出臂上及中心区带槽的十字形双向拉伸试件,建立了有限元计算模型.基于试件在拉伸时中心区受力均匀并能实现大变形的条件下,优化出较佳的试件形式,通过调节速度加载边界条件可实现中心区不同的应变路径,为复杂应变路径下成形极限的研究提供基础.      

基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计

十字形试件双向拉伸实验是实现复杂加载路径的有效方法,是研究板料后继屈服行为和成形极限可行的实验手段,解决十字形试件中心区的大变形、应力均匀性、应力测量计算方法等是其应用的主要问题.通过试件中心区减薄实现了中心区大变形以致颈缩破裂,给出了3种不同形式的中心区减薄形状,从应力均匀性、最大变形出现位置和避免应力集中等方面进行了优化对比分析,并探讨了计算中心区应力的解析方法.结果表明,中心区方形减薄的十字形试件有更好的中心区应力分布均匀性,更容易实现大变形以致破裂发生在中心区,能较好地控制应力集中,是更适用于板料成形极限应力图研究的实验装备.      

成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了Hill48,Hill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果, Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.      

基于多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统

针对目前微细成形中材料屈服、强化行为实验研究的不足,提出通过建立多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统,实现超薄板在复杂加载路径下的性能表征测试。双向加载实验系统基于四轴独立驱动的硬件组成和上、下位机分布式控制策略,采用数字散斑测量（DIC）计算实验过程的应变。通过建立交流永磁同步电机（PMSM）控制模型,辨识了速度闭环控制参数。在非线性PID控制方法实现单轴位置闭环控制的基础上,基于虚拟主轴法实现了不同位移/载荷比例条件下的四轴同步运动。双向加载实验结果表明:同步控制精度满足位移小于等于0.02 mm、载荷小于等于0.05 kN的要求,可用于超薄板微尺度屈服和强化行为的实验研究。      

基于修正M-K模型的铝合金板材成形极限图预测

为准确预测AA7075-O铝合金板材的成形极限,将韧性断裂准则和传统M-K模型相结合,提出一种基于韧性断裂准则的修正M-K模型.利用单向拉伸模拟和试验相结合的方法,提取危险单元的应力应变历史并代入C-L韧性断裂准则中,得到材料常数.基于单向拉伸试验所得成形极限点,通过MATLAB编程得到修正M-K模型的初始厚度不均度.在常温下,以单向拉伸、宽板弯曲、液压胀形试验获得AA7075-O铝合金板材的成形极限曲线,与修正M-K模型和传统M-K模型计算得到的理论成形极限曲线进行对比,验证了修正M-K模型的可行性和准确性.      

复杂应力状态下多晶体亚微观强度

本文提出了有关多晶体材料的晶粒中应变分布的试验和计算的方法。为此目的,专门设计了微观复杂应力试验机。试件有两种:光滑及有预制裂纹的铝合金(LY12)薄壁筒。在各种不同载荷条件下得出了多晶体的晶粒中的主应变曲线。本文还提出多晶体屈服准则。裂纹前端的应变分布证明用dε/dN标定ΔK_(th)要比用da/dN更准确。 由本文可得出另一有意义的结论:既使在一维加载情况下,晶粒中也有二维应变状态。这一事实对于裂纹的生成、扩展和多晶体强度的进一步研究都是重要的。     

高强度铝合金7804-T6板材温拉伸本构方程

通过在293~573K的温度范围内和应变速率为0.0006~0.06s^-1下对高强度铝合金7B04-T6薄板进行温拉伸试验,研究了高强度铝合金温拉伸性能,以及该合金在升温条件下流变应力与变形温度、应变速率之间的关系,可以得出结论:合金的流动应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;延伸率随变形温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小,并基于Fields and Backofen方程建立了该型铝合金在温拉伸时应力-应变模型.     

力约束管材自由胀形试验研究与材料性能测试

相较于单向拉伸试验,通过管材胀形试验(TBT,Tube Bulging Test)获得的材料性能参数能够更准确地反映材料在高压流体作用下的塑性成形性能,不同的管端边界将会严重影响管材胀形试验的测试结果.针对国际上现有试验方法和设备存在的不足,研制出了一套约束边界清晰、加载精确的管材自由胀形试验系统.在管材测试过程中,基于位移随动力主动加载的控制策略和比例伺服油缸,实现实时的轴向力、轴向位移和内压力的精确加载.端部约束的测试管材通过特殊设计的工装保证了其轴向自由滑动.实时内压力和胀形管材顶点处材料的壁厚和胀形高度信息通过超高压压力传感器、超声测厚仪和磁致伸缩位移传感器采集,进而基于Swift材料本构模型和采集到的数据拟合出材料应力应变曲线和材料性能参数.试验结果表明,管材两端侧推力与内压力对管材内腔端面的作用力和管材轴向自由对称收缩的平衡条件始终处于动态稳定中,试验设备能够准确获得实时胀形高度、顶点厚度、轴向收缩长度和内压力的信息,能够为材料性能测试和工艺设计提供可信的材料参数.      

非比例循环加载条件下砂土的变形特性

采用香港科技大学的空心圆柱扭剪仪对砂土进行了剪应力幅值和应力主轴耦合循环变化的非比例加载排水试验.试验控制条件为:在剪应力幅值周期性变化的同时应力主轴相对试样的沉积方向在0°~180°之间循环旋转.着重分析了这一复杂非比例循环加载条件下砂土的变形特性,包括3个正应变分量的发展、剪应力剪应变关系以及体应变随循环周数的变化关系.其中体应变的主要规律为:随循环周数的增加,砂土的体缩应变不断累积,但累积速率呈递减趋势.试验同时发现剪应力幅值的变化幅度对砂土的变形特性有显著影响.     

比例加载下应力幅比对2A12-T4疲劳寿命的影响

采用2A12-T4铝合金漏斗形试件,针对不同拉扭应力幅比,进行了比例加载下多轴高周疲劳寿命试验,研究了不同应力幅比对多轴高周疲劳寿命的影响.针对试验结果,采用3种常用的多轴高周疲劳寿命预测模型,包括等效应力准则、应力不变量准则、临界面准则进行了预测.结果表明:在相同的Von-Mises等效应力下,随着扭转应力幅与拉压应力幅比值的增大,疲劳寿命逐渐升高.等效应力准则的预测结果或过于危险,或过于安全;应力不变量准则的预测结果认为应力幅比的变化对疲劳失效没有影响,与试验结果不符;临界面准则的预测结果优于其他准则.     

Udimet 720 Li材料B-P型粘塑性本构建模研究

针对航空发动机用涡轮盘材料Udimet 720 Li,根据高温单轴实验结果,对其在各种载荷条件下的力学行为,开展了采用Bodner-Partom(B-P)统一型弹-粘塑性本构方程进行建模的研究.充分讨论了基于内变量理论的该型本构模型对率相关拉伸、循环硬化及蠕变等力学行为同时进行建模的能力;根据对模型的本构分析,给出了一种分类加整体考虑的模型参数优化策略.通过ABAQUS用户子程序,把该模型结合进了有限元方法,并进行了计算验证.研究表明B-P本构模型可较好地建模高温镍基合金Udimet 720 Li的各种力学行为.      

单向拉伸中TB5钛合金组织转变的原位观察

通过单向拉伸下的视频显微镜原位观察,定量研究了Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(即为TB5)钛合金显微组织在拉伸过程中的演变规律.结果表明:单向拉伸时,该钛合金在弹性阶段组织变化不明显,而在塑性阶段随变形量的增加,组织中滑移带的变化可分为单滑移、多滑移和交滑移3个阶段.在单向拉伸过程中,由于滑移带从单滑移进入到多滑移,发生了几何硬化,导致晶粒变化减缓,滑移带的转动幅度变小.     

基于乙炔基封端酰亚胺和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物

以2，3，3'，4'-联苯四甲酸二酐和2，2'-双三氟甲基-4，4'-联苯二胺为单体、4-乙炔基邻苯二甲酸酐为封端剂合成了不同聚合度的聚酰亚胺低聚物（BETI），将其溶于双氛A型氰酸酯单体制备了改性氰酸酯树脂，对改性氰酸酯树脂的固化行为进行了详细探究，并对其固化物的热学性能、力学性能和介电性能等进行了表征与分析。结果表明:BETI对氰酸酯树脂的聚合有明显的催化作用，可以降低固化温度，缩短凝胶时间。基于BETI和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物（IPN）的热性能和力学性能与纯氰酸酯树脂相比都有一定的提高。当加入质量分数30%、聚合度为19的BETI树脂时，固化物的玻璃化转变温度从297 ℃提高到309 ℃，热失重5%时温度从425 ℃提高到了431 ℃；拉伸强度从76 MPa提高到了94 MPa，冲击强度从24 kJ/m2℃提高到了31 kJ/m2。加入BETI后，聚合物的介电常数稍稍高于纯氰酸酯树脂。由于具有良好工艺性和材料性能，BETI改性氰酸酯树脂可作为基体树脂应用于航空航天等领域。      

含孔隙缺陷三维五向编织复合材料偏轴拉伸力学性能分析

针对孔隙缺陷对材料力学性能的重要影响,在材料细观模型中引入随机分布的孔隙缺陷,研究了含孔隙缺陷三维五向编织复合材料的偏轴拉伸力学性能。基于2种典型编织角试件,讨论了孔隙率对材料正轴力学性能的影响,通过与实验数据对比,确定了材料的孔隙率。结合周期性边界条件施加偏轴拉伸载荷,获取了不同偏轴角度下材料的应力-应变曲线,并预测了材料的强度性能。模拟了典型偏轴角度下材料的细观损伤起始、演化过程,分析了材料的失效机理,为其他复合材料结构孔隙缺陷问题及偏轴载荷问题数值分析提供了一定的参考。      

方板对角拉伸诱导压应力的分析

利用有限元法分析方板在单向和双向对角拉伸条件下诱导压应力的变化规律。计算和实验表明,施加横向拉力,实现双轴向拉伸,能明显减小横向诱导压应力及其分布范围,从而抑制皱曲的发生和发展。