不同温度和应力状态下Ni-Ti形状记忆合金力学行为分析

为了研究Ni-Ti形状记忆合金在不同应力状态下的力学行为,文中通过分离式Hopkinson杆实验装置分别对不同Ni-Ti形状记忆合金试样进行了动态拉伸和压缩试验。实验温度从291~573 K。从不同应力状态和试验温度的试验结果分析中发现:Ni-Ti形状记忆合金的相变屈服应力和位错屈服应力均随着试验温度的增加而增加;此外,同一Ni-Ti形状记忆合金压缩状态下的相变屈服应力和位错屈服应力均明显高于其拉伸状态下的相变屈服极限和位错屈服极限;而且对于同一Ni-Ti形状记忆合金,变形后材料的逆相变起始温度比变形前材料逆相变的起始温度高,且应变率越高,逆相变起始温度增加的越快。     

细观几何结构对复合材料初始屈服面的影响

采用宏—细观统一的弹塑性本构模型分析了多轴载荷作用下不同纤维形状、不同纤维排列方式对金属基复合材料初始屈服面的影响。研究表明:在纵向正应力作用下,圆截面纤维复合材料的初始屈服应力基本上与方形截面纤维复合材料的初始屈服应力相等;不同纤维排列方式的复合材料初始屈服应力基本上相同。当存在横向应力或纵横剪切应力时,圆截面纤维复合材料初始屈服面在方形截面纤维复合材料初始屈服面之内;六角形排列时最容易屈服,而方形对角排列屈服应力最高。      

镍基单晶合金弹塑性本构模型

Hill模型用于面心立方单晶的弹塑性变形,在描述屈服特性的晶向相关性时精度不高。考虑正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次项乘积构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据单晶合金的屈服特点提出了新的单晶合金屈服准则。用该屈服准则对DD3单晶合金的屈服应力进行预测,760℃时能很好地符合试验结果;与Hill屈服准则比较,预测精度显著提高。在此基础上,重新定义了适合新屈服准则的等效应力,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,采用等向硬化模型,建立了单晶合金的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵。对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力则退化为VonMises屈服准则和其相应的等效应力。      

双铅-2固体推进剂压缩力学性能实验研究

通过单向压缩方法,研究了不同压缩速率(10、50、100 mm/min)对双铅-2推进剂的力学性能的影响,得到了双铅-2再压缩情况下的应力应变的一般规律,结果表明,双铅-2具有明显的加载率相关性,屈服应力σb、屈服时的应变εb、极限应力σm及对应的的应变εm与应变率的对数呈线性关系。对不同应变情况下双铅-2的松弛特性进行了初步探索,得出推进剂的损伤会对松弛应力的恒定值产生很大的影响。     

氧化铍对铍材微屈服强度的影响

用粒度相同、不同BeO含量的铍粉开展了BeO对铍材微屈服强度（σmys)的研究；结果发现，与BeO含量相比，BeO在铍中的分布状态对σmys的影响更大。在晶界及晶内较小弥散分布的BeO对基体铍有弥散强化作用，使σmys较高；如果BeO较粗大地成簇状聚集在晶界，反而对σmys有不良的影响。     

改性BMI／DPA和CTBN增韧环氧树脂的温度,力学性能及本构关系研究

研究了ＣＴＢＮ增韧环氧树脂和烯丙基双酚Ａ改性双马树脂（ＢＭＩ／ＤＰＡ）在不同温度和加载速率下的拉伸和压缩力学性能。对于ＣＴＢＮ 增韧环氧树脂,材料在动态拉伸情况下,随着应变率的增大,材料由韧变脆,模量升高,断裂伸长率下降;在压缩情况下,弹性模量和屈服应力均随着加载速率的增大而增大。对于改性双马树脂,在室温的动载压缩下,其模量Ｅ和屈服应力σｙ均基本上与ｌｎε呈直线关系增大,并给出了该树脂在不同加载速率下的压缩应力应变曲线。计算了两种材料的温度敏感度和加载速率敏感度以及温度和应变率对两种树脂材料屈服应力影响的本构关系。     

双向应力状态下IC10高温合金的屈服行为研究

 为了研究Ni₃Al基金属间化合物IC10高温合金的屈服行为,对其进行了不同加载路径下的双向拉伸试验.试验采用十字形双向拉伸试验件在Zwick/Roell Z010双向拉伸试验机上进行,得到的最大等效应变为0.02.试验加载方向与材料塑性各向异性主轴重合,采用位移控制方法让两个夹头的加载速率比保持不变,得到不同线性加载路径下的应力-应变曲线.根据单位体积塑性功相等原理获得了IC10合金在双向拉伸应力状态下的屈服轨迹,并与目前常用的几种正交各向异性屈服准则及von Mises屈服准则预测结果进行了对比.结果表明,IC10合金的试验屈服轨迹呈外凸性,以双向等拉线为界的上下部分屈服轨迹不对称,显示出明显的塑性各向异性.各向同性von Mises 屈服准则只包含一个材料常数,无法描述IC10合金的塑性各向异性行为;Hill 二次式屈服准则在双向等拉应力状态附近低估了材料的屈服强度;Logan &; Hosford屈服准则在从双向等拉到横向单拉的应力状态下都低估了材料的屈服强度,与试验结果相差较大.Banabic-Balan屈服准则和Barlat (1989) 屈服准则的预测值与试验结果吻合很好,能很好地描述IC10合金在双向应力状态下的屈服行为.     

EB-PVD热障涂层对IC10合金力学性能的影响

采用电弧离子镀技术在IC20合金基体上制备NiCrAlYSi粘结层,利用电子束物理气相沉积（EB—PVD）技术在粘结层上制备YSZ陶瓷面层。研究了YSZ热障涂层对IC10合金拉伸、持久、疲劳性能的影响。结果表明：IC10合金沉积YSZ热障涂层后,980℃／200MPa高温持久寿命与IC10合金相当;900℃高温抗拉强度σb、屈服强度σ0.2、伸长率占和断面收缩率砂与基体相比,基本保持不变;室温抗拉强度σb。屈服强度σ0.2：与基体相比稍有下降;800℃／447MPa疲劳寿命与基体合金相当。因此,IC10合金沉积TBCs涂层后,对IC10合金力学性能无明显影响,不影响合金的实际使用。     

复杂应力状态下金属材料屈服模型及有限元验证

日益复杂的结构细节特征和载荷作用给飞机金属实体结构的精细化设计提出了极高挑战,对复杂应力状态下金属材料的屈服及失效行为的高精度预测是结构精细化设计与验证的关键。多种典型构形拉伸试验研究发现基于单一曲线假设的 von Mises 屈服理论难以精确描述金属材料在复杂三维应力状态下的屈服行为。为提高复杂应力状态下金属弹塑性行为的预测精度,提出一种基于应力三轴度和 Lode 角参数修正的 von Mises屈服模型,将该修正模型以 VUMAT 用户材料子程序嵌入 ABAQUS/explicit 求解器对铝合金 2024-T4 试件的屈服行为进行数值模拟。结果表明：本文提出的修正屈服模型比 von Mises 屈服模型更符合试验结果。     

热挤压及后续热处理对AZ91镁合金微观组织和力学性能的影响

作为一种轻质工程结构材料,镁合金在汽车工业中的应用越来越广泛,如何安全使用镁合金已受到人们的普遍关注.以工程上广泛应用的AZ91镁合金为研究材料,探讨了热挤压以及后续热处理所引起的AZ91镁合金的微观组织演化,确定了不同加工处理状态的AZ91镁合金在不同实验温度下的抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和断裂延伸率δ.     

DD3单晶的Hill屈服准则应用研究

将Hill屈服准则用于DD3单晶不同温度不同取向的屈服应力预测,结果表明:Hill屈服准则中材料参数的选择对计算结果有很大的影响,且不能同时准确预测单晶三个主要承载方向的屈服强度。根据单晶材料的屈服特点,考虑到单晶材料在任意方向上剪应力及其相互作用对屈服强度的影响,通过在Hill屈服函数中加入一修正项建立了适用于单晶的新屈服函数,能对晶体取向为[001],[011]和[111]的屈服强度进行非常准确的预测,在其它方向上结果也比较满意。     

基于应力状态参数的韧性材料损伤机理研究

为研究加载方式对裂纹萌生-扩展的影响机理,推导出米赛斯屈服准则与屈雷斯加屈服准则统一的载荷谱。基于该载荷谱利用内聚单元模型对5052铝合金内部椭圆形脆性相微观视场进行微裂纹萌生扩展研究。利用应力状态参数对不同加载方式下微裂纹的起裂方式和起裂位置进行了分析,结果表明:韧性材料的微裂纹起始于基体内脆性相,宏观基体材料与微观脆性相之间应力状态的不协调是致使裂纹萌生的主要原因。刚度弱化系数预示了微裂纹的起始位置,应力状态参数综合表征了裂纹的类型和起裂方式。在相同形变量时,裂纹萌生难易程度存在差异:双向压缩不易诱发微裂纹而纯剪切较易诱发微裂纹。研究结论与试验结果吻合较好。     

钛合金窄间隙TIG焊试板热处理前后表面残余应力研究

采用磁控窄间隙TIG焊接方法对31mm厚TC4钛合金试板进行焊接,焊接完成后采用压痕应变法测量真空退火处理前后表面焊接残余应力分布。结果表明,试板表面纵向焊接残余应力σx和横向焊接残余应力σy均较高;试板下表面焊接残余应力高于上表面焊接残余应力;峰值焊接残余应力出现在高温热影响区,数值可以达到材料屈服强度的50%~60%。经过650℃的真空退火热处理,焊接试板的纵向和横向残余应力均显著降低,残余应力降低幅度最高超过50%,剩余残余应力峰值均低于200MPa,表面残余应力重新分布。     

7050铝合金高强高韧低SCC敏感性时效工艺与机理研究

在单级时效制度下,对7050铝合金进行了长时间人工时效处理。研究了不同时效状态下合金的微观组织与常规力学性能,并测试了合金的SCR性能。结果表明:不同温度下长时间人工时效处理后,合金的强度随时效程度的增加均发生明显变化,经过传统峰时效后合金的强度先减小后增大,出现第二峰值,且第二峰强度高于第一峰;合金断裂韧度随时效程度的增加而提高,第二峰韧度高于第一峰;应力腐蚀敏感性随时效程度增加而降低,第二峰抗应力腐蚀性能优于第一峰。135℃下,合金的双峰位较为突出,双峰值较高。第一峰位,σ0.2,σb分别为580MPa,625MPa;第二峰位,σ0.2,σb分别为590MPa,640MPa。第二峰位断裂韧度较好,KIC为39.5MPa.m1/2,SCR性能得到很大改善,临界应力强度因子KISCC为12.72 MPa.m1/2。微观组织分析表明:合金双峰状态下晶内及晶界组织都存在极大差异,第一峰基体组织为高密度GP区,晶界为连续带状η'相,第二峰基体组织以η'相为主,晶界为断续离散的粗大η相。     

单向玻璃纤维增强树脂基体复合材料拉伸失效机理

应用ANSYS有限元商用软件,建立单向玻璃纤维增强树脂基体复合材料轴对称平面Whitney和Riley分析模型,利用非线性有限元分析方法,研究该类复合材料纤维长径比变化对材料整体力学行为的影响,同时研究该类复合材料中纤维与基体界面结合强度分布形式对材料破坏方式的影响。研究表明:纤维在基体中的埋深长度与基体对纤维包裹厚度应保持在一个最佳范围,高过一定值后增强作用几乎不再增加,过低又不能保证复合材料足够力学性能;随着纤维与基体上端界面结合强度增加,纤维界面上端正应力绝对值出现最大值,并且纤维界面上下端正应力转化为压应力,因此材料的断裂位置为上端加持部位附近,下端加持部位附近没有出现界面脱粘现象;随着纤维与基体下端界面结合强度的增加,纤维界面下端正应力绝对值出现最大值,并且纤维界面上下端正应力转化为分离力,因此材料断裂位置为材料下端加持部位附近,上端加持部位附近出现纤维与基体脱粘现象。     

粉末金属零件成形过程中出现损伤的数值模拟

使用基于Lee多孔材料屈服模型推导出的韧性损伤模型,对导向器类粉末金属零件成形过程中,在应力、应变、密度分布及其积累因素影响下,材料的损伤状态进行了数值模拟,在不同的加载状态下,压坯各点的损伤状况和破裂过程进行了跟踪,实验证实模拟结果具有较高的精度。     

基于电子散斑干涉的载人航天器密封舱焊缝残余应力测试方法

针对传统铝合金焊缝残余应力测试方法结果波动大的问题,采用电子散斑干涉法测量了5 mm厚载人航天器密封舱5A06铝合金变极性等离子弧对接和T型交叉焊缝的残余应力,分析了影响测量结果的因素,结果表明对接焊缝熔合线附近残余应力接近5A06屈服强度(约160 MPa);T型焊缝远离交叉区域,残余应力分布规律接近对接焊缝;在交叉区域附近,由于平行、垂直焊缝方向的残余应力的相互影响,这一区域焊缝残余应力状态十分复杂,且由于残余应力叠加,使得在部分小区域内残余应力值超过材料屈服强度。     

钛基复合材料压气机叶环应力的数值模拟

采用有限元分析方法,建立三维循环对称模型,对连续Si C纤维增强钛基复合材料压气机叶环的应力进行了研究。考虑周围基体包套和中心复合材料的热残余应力,重点分析了叶环尺寸、温度及基体材料性能对叶环应力分布的影响。结果表明,当叶环直径较小、工作温度较低时,叶环的最大环向应力点在内径;随着直径增大、工作温度升高,最大环向应力点出现在中心复合材料靠近内径一侧。基体材料的弹性模量、热膨胀系数和密度,对叶环的应力分布有重要影响,应尽量选择密度低、弹性模量和热膨胀系数较大的钛合金作为基体材料。     

镍基合金K438高温弹塑性变形行为与本构模型研究

针对涡轴发动机动力涡轮叶片复杂应力状态下的变形失效问题,以涡轮叶片材料K438为研究对象,开展了高温下光滑和缺口特征件准静态拉伸试验。结合试验结果分析了叶片材料在复杂应力状态下的变形行为和断裂特征,构建了叶片材料本构模型和损伤断裂模型,并验证了模型的有效性和适用性。同时还探讨了温度、应力集中系数、试样截面几何形状对K438材料屈服行为及抗拉强度的影响。研究结果为K438材料的选用及相关结构件设计与应用提供了理论依据。     

电镀镀层应力的测定——螺旋收缩仪

一、镀层应力测定的目的与意义在电镀过程中。基体与镀层相互作用产生了一定的内应力。对于细薄柔性的基体,当这种镀层应力较大时,往往造成零件变形;而对粗厚不易变形的基体,往往造成镀层裂纹、起泡、脱皮,并会降低零件的疲劳强度,造成应力腐蚀等问题。以我厂生产的××发动机九级压气机转子叶片为例:未镀的钢叶片振动疲劳强度极限为σ_(-1)=51公斤/毫米~2,在氨基磺酸盐中