镍基单晶合金中空穴绕夹杂形核及后续演化的有限元分析

 采用内聚力单元模拟镍基单晶合金中基体与夹杂之间的界面,对镍基单晶合金中空穴绕夹杂形核及扩张的过程进行了初步的分析。夹杂-基体界面的粘结强度不同,空穴的相对体积分数增长速度存在较大差异。粘结强度越小,空穴越容易形核,空穴扩张的速率越大;粘结强度越大,空穴越难于形核,空穴扩张的速率越小。应力三维度是空穴形核及扩张的主要驱动力,应力三维度越高,空穴形核及扩张的速率越大。应力三维度不同时,基体-夹杂界面开裂的初始位置及裂纹扩展的方式不同。在高应力三维度下空穴的演化由低应力三维度时的形状改变为主变为体积膨胀为主。Lode参数对空穴的形核过程及空穴形成后的扩张有着显著的影响。晶体取向对空穴的形核过程有着显著的影响,不同取向时基体-夹杂界面开裂的初始位置及裂纹扩展的方式不同。晶体取向对空穴的扩张有着显著的影响。在考虑镍基单晶合金的晶体取向相关性时,必须同时考虑Schmid系数、弹性模量和开动的滑移系。     

应力状态对磁记忆信号的影响

 通过对20#钢试件拉伸时表面磁场的在线测量和20#钢试件经过不同程度拉伸并卸载后的表面磁场的测量，研究应力状态对磁记忆信号的影响。20#钢进行拉伸试验时，在应力集中部位，当变形很小时磁场信号变化平缓；产生一定程度塑性变形后磁场信号变化相对剧烈；出现颈缩现象时磁场信号变化非常剧烈。经分析认为，磁记忆信号的变化与材料内部微观组织的状态有关，试件变形很小时，磁弹性效应对试件表面磁场的变化起主要作用;试件变形较大时，其表面磁场的变化主要受塑性变形区内位错聚集产生的微缺陷的影响。     

SiC/Ni复合材料的超塑性

对电沉积SiC/Ni复合材料进行了低温超塑性拉伸实验,结果发现:平均晶粒尺寸为200nm的SiC/Ni复合材料在温度430℃初始应变速率为8.33 ×10-4s-1的变形条件下,获得最大延伸率571.2%,应变速率敏感指数为0.32.利用扫描电镜对断口形貌及变形后试样的组织进行的观察表明:断裂模式主要是沿晶断裂;晶粒有不同程度的长大,晶粒的长大速率的不同形成了变形后大小晶粒的混合组织,且沿拉伸方向拉长.应力-应变关系曲线表明:应力随着应变的增大而增大,增加到峰值后开始减小,材料进入准稳定变形阶段,实现大变形.SiC的加入增加了基体组织的稳定性,有利于材料超塑性的实现.超塑变形机理为晶界滑移和位错滑移塑性.     

应力作用下316L不锈钢塑性变形行为研究

 对316L不锈钢进行了大量的单轴高周次棘轮和蠕变试验，讨论了在长达20 000周应力循环中材料的棘轮变形演化与饱和棘轮变形的规律，以及棘轮幅值应力对峰值控制规律的影响；基于材料棘轮效应和蠕变迁为之间相互联系的系统研究提示出：材料的棘轮变形本质上源于应力循环过程中材料的黏塑性。     

构件低周疲劳损伤的金属磁记忆检测试验研究

对18CrNi4A钢缺口试件在三级应力水平下进行了低周疲劳试验和磁记忆信号检测,研究应力集中、疲劳损伤及疲劳应力对磁信号的影响规律。结果表明,利用磁信号Hp(y)曲线突变特征和磁信号梯度K曲线异变峰特征可表征试件损伤位置;采用H′p(y)=Hp(y)N-Hp(y)0的磁信号处理方式,磁信号H′p(y)曲线过零点与试件断裂位置重合,处理后的磁信号过零法可更有效的表征试件损伤位置;磁信号梯度Kmax值随疲劳损伤程度的增加而逐渐增加,反映了构件疲劳损伤程度,可表征试件疲劳损伤程度;磁信号与疲劳应力水平存在强烈的相关性,应力水平越大,磁信号值也越大。     

三维编织复合材料蠕变行为的试验研究

对不同编织结构、不同编织角、不同纤维体积含量和不同应力水平下的三维编织复合材料试件进行了蠕变测试实验,研究了三维编织复合材料的蠕变性能.结果表明,三维四向编织复合材料的蠕变性能低于五向编织复合材料;编织角小的材料抗蠕变性能较好;纤维体积含量高的材料抗蠕变性能较好.并且材料所受应力水平越高,蠕变速率越高.此外,还表明幂指函数可以较好地拟合三维编织复合材料的蠕变曲线.     

考虑应力梯度的轮盘疲劳寿命预测

考虑应力梯度和尺寸效应对寿命的影响,通过引入应力梯度影响因子,将缺口试件与光滑试件的疲劳寿命相关联,建立了基于Walker平均应力修正的缺口试件寿命预测模型,进而结合三维弹性有限元分析对发动机涡轮盘进行了寿命预测.结果表明:所发展的寿命模型能较好地反映影响疲劳寿命的多种因素,尤其是应力集中对试件疲劳寿命的影响,综合考虑平均应力、应力梯度和尺寸效应的轮盘寿命预测结果更接近试验值,对GH901标准试件和轮盘的疲劳寿命预测结果都在2倍分散带以内.      

交变应力下冷胀孔边残余应力衰减规律的有损检测试验研究

对高胀孔量下的ＬＹ１２ＣＺ板件孔边残余应力在交变应力作用下衰减规律的有损多试件普通莫尔密栅云纹检测方法进行了尝试,给出了一定载荷范围内残余应力的衰减规律,揭示了高胀孔量下残余应力的再分布现象。研究表明,本文所使用的多试件有损检测方法,不但经济可行,而且有足够精度,应用前景十分广阔。     

钛合金平板电子束焊接残余应力数值分析

本文建立了钛合金平板移动电子束热源的焊接温度场和应力场的数值分析模型,针对6mm厚的TC11钛合金平板试件,计算分析3种不同工艺参数的电子束焊接温度场及残余应力分布规律,结果表明对于平板电子束焊接接头,在焊缝及近缝区的很窄的区域内,存在数值接近材料屈服极限的纵向残余应力,焊接工艺不同将会影响残余应力的数值,采用正面焊透加背面修饰的焊接工艺可在一定程度上降低纵向残余应力的数值。      

粉末冶金材料拉伸试件的空穴分析

本文用有限元软件对粉末冶金材料拉伸试件在含有微空洞时做了大应变塑性分析，同时对应用Gurson本构方程进行了分析。讨论了不同位置和不同形状的微空洞对空穴形核、长大及材料的破坏机理的影响。数值模拟结果表明：微空洞形状和位置对材料的破坏作用明显。     

Constitutive behavior and microstructural evolution in hot deformed 2297 Al-Li alloy

The microstructural evolution mechanism and constitutive behavior of 2297 Al-Li alloy were studied via thermal compression test with the constant strain rates of 0.001–1 s⁻¹ and the deformation temperatures ranging from 623 to 773 K. To verify the predictable ability of diverse constitutive models under different stress states, the hot compression experiments with stress triaxiality varying from −0.33 to 0.46 were conducted. The microstructures of the deformed specimens under diverse deformation conditions are probed to reveal the mechanism of hot deformation behavior. The experimental results indicate that the work-hardening and dynamic softening are competitive during the hot compression process, and the dynamic softening is more obvious under low deformation temperature and high strain rate. The microstructural analysis manifests that the dynamic recovery gets predominant at high deformation temperature to produce fine grains. Meanwhile, the dynamic recrystallization becomes more dominant as the strain rate decreases, which is sensitive to the stress triaxiality. In addition, both the modified Johnson-Cook model and strain-compensated Arrhenius-type function are suitable for describing the flow behavior of 2297 alloy, while the latter reveals a more accurate prediction. However, the predictability of the two kinds of models is worsened with the transformation of stress triaxiality, and the validity of the Arrhenius-type model is restricted by high stress triaxiality.     

非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。     

A constitutive model coupling damage and material anisotropy for wide stress triaxiality

A constitutive model that can describe the damage evolution of anisotropic metal sheets during the complex forming processes which experience wide stress triaxiality history is essential to accurately predict the deformation and rupture behaviors of the processes. In this study, a modified Lemaitre damage criterion which couples with the anisotropic Barlat 89 yield function is established. The effects of stress triaxiality, Lode parameter and shear stress on damage accumulation are considered in the constitutive model. The model is numerically implemented and applied to fracture prediction in tensile tests with different stress triaxialities and a complex deformation process with wide stress triaxiality history. The good consistency of predictions and experiments indicates that the modified Lemaitre damage model has excellent fracture prediction ability. Finally, the accuracy of the model is analyzed and discussed.     

LC4铝合金厚板的塑性变形各向异性

 LC4铝合金厚板的塑性变形具有明显的各向异性。本文提出一种表示各向异性的方法及其随纵向应变和热处理状态的变化,并观察了断口形态。     

铝镁钪合金舱体内旋成形有限元分析

采用有限元法对带内环向加强筋铝镁钪合金筒形件旋压成形进行了数值模拟,分析了坯料应力应变分布状态和工艺参数对成形的影响.结果表明,轴截面坯料主要处于轴向伸长、径向压缩状态,内表面坯料处于轴向伸长状态;减薄率和进给比对成形影响显著,模拟分析减薄率不宜大于50％,进给比为0.5～2.0mm/r较佳.     

钛合金螺旋铣孔孔径偏差研究

螺旋铣孔是航空航天领域新出现的制孔技术,其切削过程中会产生径向切削力,从而引起刀具变形并造成孔径偏差。针对该问题开展了钛合金螺旋铣孔孔径偏差试验,分析了包括进给方向在内的不同加工参数对孔径偏差的影响规律;基于螺旋铣孔运动学原理对不同进给方向下的材料去除过程和径向切削力方向进行了研究,分析了不同进给方向下的孔径偏差变化规律及形成原因,并设计切削力试验进行了验证;通过分析不同加工参数下的未变形切屑形状及径向切削力变化情况,研究了各加工参数对孔径变化趋势的影响规律。研究结果表明,当进给方向为顺时针时,刀具受背离孔心的径向切削力的作用向孔径外侧发生挠曲变形,导致所加工孔径大于理论孔径;当进给方向为逆时针时则相反。进给速度和导程的增加将加剧孔径偏差,切削速度的增加则会减弱孔径偏差。     

γ-TiAl合金铣削加工表面残余应力研究

为了探索高温理想结构材料γ-Ti Al合金铣削表面残余应力特性,结合正交试验数据处理方法中的极差分析法,建立各工艺因素情况下不同水平对表面残余应力的关系曲线,并对其工艺过程中的热力影响机理进行分析;同时建立面向残余应力的各因素灵敏度数学模型,进而确定以获取较大残余压应力为目标的工艺参数优选区间。研究表明:在试验参数限定范围内,步进方向以及进给方向均呈现为残余压应力,主要原因是冷塑性变形占主导作用。通过对灵敏度数学模型进行分析,发现残余应力对设计变量中的铣削速度变化最敏感,对每齿进给量、铣削深度和铣削宽度的敏感程度近似相同,为Ti Al金属间化合物铣削表面残余应力控制研究提供了理论依据。     

复合材料叠层结构剖面翘曲修正理论

 首先假设复合材料叠层结构的面内位移沿厚度方向为直线分布,然后根据剪切变形进行连续修正,获得逐步升高的各阶翘曲位移分布函数。文中以叠层梁为例,应用最小势能原理导出其静力方程和力的边界条件。在长度方向则采用升阶谱位移函数,进行了数值计算。所得叠层梁的位移和应力分布的数值结果与精确解相比,表明本文方法有很好的收敛性。     

基于归一化参数模型的涡轮盘和涡轮叶片蠕变分析

为完整描述构件3个阶段的蠕变变形计算,结合所发展的各向同性材料的归一化参数蠕变模型,进一步拓展到正交各向异性材料的归一化参数蠕变模型并进行适用性验证。应用所编制的子程序对高温材料涡轮盘和定向结晶材料涡轮叶片结构,进行了蠕变变形及应力松弛效应计算分析。结果表明：经过一定时间的蠕变变形,涡轮盘和涡轮叶片的高应力区会出现应力松弛。总体上轮盘的应力分布更加均匀,静力分析得到的轮盘中心孔、螺栓孔边和轮缘辐板过渡段处高应力区,由于存在蠕变变形,均出现较明显的应力松弛,但是盘中心孔处的应力松弛幅度较小,可能长时间处于高应力状态,应作为结构设计的危险部位重点考查;涡轮叶片也具有同样的应力松弛蠕变效应,特别是随着蠕变变形的增大,叶尖径向变形(位移)逐渐增大,在结构设计中,应考虑叶片叶尖与机匣长期工作径向碰摩而带来的不利影响。     

变形条件对GH169合金的流动应力和显微组织的影响

 根据热加工模拟试验,GH169合金高温下的流动应力值比合金结构钢高得多,而且加工硬化明显。变形条件对其流动应力和显微组织有较大影响。在一定条件下,即使变形温度较高,也可获得细晶组织,变形后采用迅速冷却可细化晶粒。对于GH169合金可通过形变热处理有效地控制其显微组织。