复杂载荷下疲劳寿命估算

 本文给出了LY12CZ铝合金板材的循环硬化规律;以材料在循环载荷作用下累积的塑性滞后能作为疲劳损伤准则,证明了应力控制等幅循环加载条件下损伤累积随循环次数变化的非线性,导出了材料瞬态塑性应变能的计算公式,算出了破坏发生时材料耗散的总塑性应变能,并给出了它与应力变程的关系。文中把疲劳损伤分为静拉伸损伤与循环损伤两部分,给出了损伤累积模型。以该模型为基础,计算了两级加载、4级加载和程序加载下光滑试件的疲劳寿命。计算结果与试验结果符合很好。     

延性损伤的能量模型

 采用材料在受力变形过程中耗散的塑性应变能定义材料的延性损伤变量,可以克服现有延性损伤变量定义的局限,完整描述材料在廷性损伤全过程中的损伤变化情况;实测方便,精度易于保证;还建立了相应的损伤演化方程和损伤材料的应力-应变本构方程,由其获得的损伤准则等价于第四强度理论。     

不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究

为获得不同圆角过渡3A21铝合金薄壁矩形管弯曲的壁厚变化和损伤情况,采用弹性模量变化法,通过对拉伸进行试样反复加载、卸载试验,获取了Lemaitre断裂准则中的损伤参数。基于ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台,开发了耦合Lemaitre准则的用户材料子程序,建立了相同弯曲半径条件下不同圆角过渡的矩形管弯曲损伤预测三维有限元模型,并对模型的可靠性进行了验证。基于所建模型,研究发现管材壁厚减薄率与损伤最大值均出现在弯曲后截面50°左右,并且管材截面的圆角半径越小,其弯曲后中性层外侧壁厚减薄越严重,损伤值越大,即管材截面形状越趋向于矩形,弯曲过程中越容易发生破裂。     

工艺参数对Ti75 合金筒形件旋压成形的影响

建立了Ti75合金筒形件旋压三维有限元模型,分析了旋压过程中应力应变的分布规律.得到了进给速率、减薄率和旋轮工作角三个关键工艺参数对旋压过程的影响规律:随着旋轮工作角、进给速率和减薄率的增加,旋压力和隆起高度均增大;等效塑性应变随着减薄率的增加而增大,随进给速率的增大而减少,进给速率超过1 mm/s时,等效塑性应变基本保持不变;工作角小于20°范围内变化时,最大等效塑性应变几乎不变,当旋轮工作角超过25°,最大等效塑性应变迅速增大.     

评定叶片鸟撞击损伤的参数与方法

探讨了在叶片抗岛撞击损伤研究中叶片损伤能力的评定参数与评定方法。结合发动机设计准则与设计规范的要求,提出了2个用于评定叶片损伤能力的叶片变形损伤参数和塑性应变损伤参数;经对模型叶片在不同撞击位置进行的鸟撞击损伤评定,证明方法可行     

T225NG钛合金的单轴棘轮行为:实验与模型

通过一系列单轴应力循环实验对T225NG钛合金进行了长次循环棘轮行为研究。研究表明,在一定峰值应力范围内经数万次应力循环后材料具有棘轮安定性;棘轮疲劳损伤与幅值应力和峰值应力相关,当幅值应力为峰值应力的一半时,棘轮变形达到安定后产生疲劳破坏,疲劳寿命与峰值应力或SR应变（饱和棘轮应变）之间满足幂律关系;在幅值应力仅为峰值应力的1％～2．5％时,材料依然可以产生棘轮塑性应变累积并经过数十万次循环后达到安定,且蠕变附加效应不显著;当峰值应力取为屈服强度85％～100％时,初始棘轮塑性应变率为零,但经过数万次循环后仍可以产生1．4％～2．5％塑性应变累积。基于峰值应力与T225NG合金单轴棘轮塑性累积之间所具有的单调特性以及棘轮演化的门槛特性,本文重点发展了SRM抛物律本构模型,该模型可较好预测T225NG合金单轴SR应变,也可用于估算蠕变的安定塑性累积。论文还讨论了关于棘轮演化的分类问题。     

一种修正的应变范围区分法

针对高强度、低延性材料非弹性应变范围小、难以区分的特点,提出一种修正的应变范围区分方法。该方法不区分非弹性应变中的塑性和蠕变,定义了3种基本类型的非弹性应变范围,即拉伸塑性-压缩塑性非弹性应变范围、拉伸塑性和蠕变-压缩塑性非弹性应变范围和拉伸塑性-压缩塑性和蠕变非弹性应变范围。对同时包含拉/压蠕变的循环,采用线性累积损伤法则预测其寿命。用Rene’95材料650℃下控制应变的循环松弛试验数据对修正方法进行了验证,结果表明:对Rene’95材料的蠕变疲劳寿命,修正方法的预测能力好于应变范围区分法(SRP),对基本试验的寿命预测精度基本上在2倍范围之内。      

改性双基推进剂黏弹-黏塑性本构模型

为了表征改性双基推进剂的力学行为,推导出改性双基推进剂黏弹-黏塑性本构模型。利用一系列蠕变-回复试验,将材料的总应变分离为黏弹性应变和黏塑性应变,使用最小二乘法获得了黏弹性参数,使用Nelder-Mead单纯形优化算法,结合后向Euler数值方法获得了黏塑性参数。通过不同应力水平和不同加载时间的蠕变-回复试验对模型进行了验证,结果表明,在应力水平较低或加载时间较短的情况下,模型预测与试验值变化趋势基本一致,模型获得的黏弹性应变与黏塑性应变在总应变中所占的比例与试验吻合。改性双基推进剂黏弹-黏塑性本构模型能够在一定范围内描述材料的力学性能。     

用塑性滞后能原理估算随机载荷下的疲劳寿命

 材料的疲劳损伤包括静力损伤和循环损伤,静力损伤为第一次静力加载引起的塑性应变能与静力韧性之比；循环损伤由循环塑性滞后能与疲劳韧性之比来计算,计算中计及了材料循环硬化（或软化）引起的屈服应力增大（或减小）的影响。为了简化计算,假设在循环加载时应力一应变曲线均按迟滞回线规律变化；不同应力变程下材料疲劳韧性可由对称循环的应力控制疲劳试验确定。本文提出了一种比较合理又便于工程应用的、用塑性滞后能原理估算随机载荷下疲劳寿命的新方法,初步的试验验证是令人满意的。     

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.     

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.     

含多处损伤未加筋铝合金-壁板的剩余强度

 进行了含多处损伤（MSD）的未加筋LY12CZ铝合金壁板的剩余强度试验。用0.12的钼丝切割预制裂纹,在垂直于裂纹面的方向施加单调增加的拉伸载荷,直至壁板破坏。得到了含不同裂纹几何的未加筋壁板的剩余强度。试验结果表明随着主裂纹长度增加,未加筋壁板的剩余强度减小;对相同的主裂纹长度,主裂纹和相邻的MSD裂纹之间的距离b减小,平板的剩余强度也减小。用5种失效准则分别计算了每个壁板的剩余强度。与试验结果的比较表明,净截面屈服准则和表观断裂韧性准则的误差较大,塑性区连通准则预测的平均误差为22.17%,改进的表观断裂韧性准则的平均误差为16.98%,而改进的塑性区连通准则预测的平均误差为8.27%,改进的塑性区连通准则大大提高了预测结果的精度。     

LY12CZ板材疲劳损伤及裂纹形成研究

 受交变载荷的构件,其疲劳损伤裂纹形成阶段在全寿命中占有相当大的比例。已有的疲劳损伤分析要求给出明确的应力或应变控制条件。只有光滑构件才能满足该条件,而缺口构件的疲劳损伤经常发生在缺口根部附近,这里的控制条件是难以准确模拟的。因此对缺口构件的疲劳损伤分析须进行细致的实验观测。     

双轴应力下含裂纹加筋曲板剩余强度的弹塑性有限元计算

 采用考虑了大应变的弹塑性有限元方法,以裂纹尖端张开角为断裂准则,实现了双向受载条件下加筋曲板中裂纹起裂到失稳整个扩展过程的数值模拟计算;还对与加筋曲板有同样尺寸的加筋平板进行了分析和计算。结果表明,所提出的分析方法和所采用的断裂准则适用于对含裂纹加筋结构所进行的剩余强度分析。     

Comparative study between crack closure model and Willenborg model for fatigue prediction under overload effects

A comparative study is performed between a crack closure model and the Willenborg model, which can calculate the fatigue crack growth rate under the overload effects. The modified virtual crack annealing (VCA) model is briefly reviewed, which is based on the equivalent plastic zone concept. In this method, the retardation phenomenon is explained by the crack closure level variation, which is derived from the interactions between forward and reverse plastic zones ahead of the crack tip. As a comparison, the Forman equation in conjunction with the Willenborg model is also reviewed. The retardation phenomenon is described by directly modifying the stress intensity factor. It is known that the large plastic zone created by the overload can decelerate the fatigue crack growth rate until the crack grows beyond this region. A relationship between the plastic zone and the modified stress intensity factor is developed, which is a mathematical fitting equation instead of physical-based formulation. The experimental data in aluminum alloys are used to val-idate these two models. Overall, good agreement is observed between the model predictions and the testing data. It is noted that the approach based on modified VCA model can give more accurate prediction curves than the Willenborg model.     

Formability enhancement in hot spinning of titanium alloy thin-walled tube via prediction and control of ductile fracture

The damage and fracture in hot spinning of titanium alloy is a very complex process under the combined effects of microstructure evolution and stress state. In this study, their dependences on processing parameters were investigated by an integrated FE model considering microstructure and damage evolution, and revealing the effects of microstructure and stress states on damage evolution. The results show that the inner surface of workpiece with the largest voids volume fraction is the place with...     

对Willenborg以及Maarse迟滞模型的改进及其在Ti-6Al-4V合金中的应用

疲劳裂纹扩展中超载迟滞效应的计算精度与迟滞模型本身所选用的塑性区公式密切相关,为此,本文提出了塑性区修正公式,用它来代替Willenborg模型和Maarse模型中的原塑性区公式。并将原Maarse模型中按△K_(eff)处理得出的材料常数C~*和n~*,改用恒幅下的材料常数C和n来计算。通过对Ti-6Al-4V钛板超载迟滞效应的计算,表明经本文改进后的模型,不仅比原模型的计算精度有了显著的提高,而且使用更为简便。     

旋转帽罩表面积冰甩脱位置的数值模拟

为了更好地理解旋转帽罩表面积冰的甩脱机理和过程,采用水杯法在万能试验机上分别测得积冰/铝板界面黏附强度值和积冰内部拉伸强度值。参考试验测得的这2个数据,结合内聚力模型（CZM）和扩展有限元法（X-FEM）,在有限元软件ANSYS中分别模拟得到积冰与旋转帽罩之间的界面分离区域和冰形内部裂纹路径及其扩展过程,对旋转帽罩表面积冰甩脱的位置和体积作出预测。预测结果与帽罩表面积冰甩脱试验结果作比较,证明了CZM和X-FEM耦合的数值模拟方法可行。为实际工程应用中的热气或者电防冰系统的布置提供参考。     

A theoretical model of semi-elliptic surface crack growth

A theoretical model of semi-elliptic surface crack growth based on the low cycle strain damage accumulation near the crack tip along the cracking direction and the Newman–Raju formula is developed. The crack is regarded as a sharp notch with a small curvature radius and the process zone is assumed to be the size of cyclic plastic zone. The modified Hutchinson, Rice and Rosengren(HRR) formulations are used in the presented study. Assuming that the shape of surface crack front is controlled by two critical points: the deepest point and the surface point.The theoretical model is applied to semi-elliptic surface cracked Al 7075-T6 alloy plate under cyclic loading, and five different initial crack shapes are discussed in present study. Good agreement between experimental and theoretical results is obtained.