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。     

316L 不锈钢的单轴棘轮效应

对316L不锈钢进行了单轴应变控制和应力控制下的系统循环试验。对316L不锈钢在应变循环下的循环应变幅值、应变幅值历史、平均应变对循环特性的影响进行了揭示;对该材料在应力循环下的应力幅值、平均应力及其历史对循环蠕变（棘轮效应）的影响进行了分析。发现无论单轴应变循环特性还是非对称单轴应力下的棘轮效应不但依赖于当前加载状态,而且依赖于其加载历史。得到了316L单轴循环行为的一些有意义的结果。     

描述1Cr18Ni9Ti不锈钢单轴棘轮行为的黏塑性本构模型

在室温下对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了单轴棘轮实验研究,提出了一种新的分离型黏塑性本构模型。引入了能记忆最大塑性应变的记忆面,在记忆面内和面上采用不同形式的塑性应变流动律和背应力演化律,将单调拉伸和循环行为分别独立描述。将模型应用于1Cr18Ni9Ti不锈钢单轴棘轮行为的描述中,模拟结果和实验结果吻合较好。     

用于薄片试样弹塑性应力-应变分析的半解析方法

针对圆弧漏斗薄片试样和圆环薄片试样提出了半解析统一模型,并进行了有限元验证,该模型对漏斗薄片试样与圆环薄片试样单调力学行为均有优良的描述性。完成了漏斗薄片试样与圆环薄片试样的单轴拉伸试验及变幅对称循环试验,获得了载荷-位移曲线和循环稳定载荷幅-位移幅曲线。通过该模型并利用试验曲线预测材料单轴应力-应变关系和循环应力-应变关系,发现根据两种薄片试样预测的材料应力-应变关系及循环应力-应变关系与标准圆棒试样结果吻合良好。     

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。     

LY12CZ铝合金材料的室温和高温单轴循环变形行为及其时间相关性

 对LY12CZ铝合金室温和高温下的单轴循环变形行为及其时间相关特性进行了实验研究,重点讨论了环境温度、应力水平、加载波形和峰值保持对材料棘轮行为的影响。结果表明：室温和高温下,LY12CZ铝合金体现出循环硬化特性,并具有明显的应变幅值依赖性;材料的棘轮行为不仅依赖于当前的平均应力和应力幅值大小,还与加载历史密切相关。尽管LY12CZ铝合金在单调拉伸时对应变率的变化不敏感,但其循环棘轮行为具有明显的时间相关特性：有峰值保持时产生的棘轮应变明显大于没有保持时的值,并随保持时间的增加而增大;正弦波形下的棘轮应变大于三角波形下的棘轮应变。     

考虑应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法

为了能够快速准确获得循环载荷条件下缺口局部应力应变并用于缺口疲劳寿命预测,基于粘塑性本构方程及光滑试样循环应力应变试验结果,发展了一种应力应变简化计算方法,采用该方法计算得到的光滑试样循环应力应变结果与试验结果的误差在5%以内,并将该方法结合寿命预测方程采用迭代的方式用于粉末高温合金FGH97单边圆形缺口试样疲劳寿命预测。结果表明:所发展的方法充分考虑了FGH97合金单边圆形缺口试样缺口根部区域的应力松弛,取得了较好的寿命预测结果,其分散带基本在2倍以内。     

ZSGH4169合金细观力学行为的数值模拟

基于晶体塑性本构理论,利用多晶代表性单元从细观尺度研究了ZSGH4169合金在650℃条件下考虑双轴应力状态的循环应力应变行为.计算结果表明:该合金在双轴拉伸应力控制下存在与低周疲劳试验常用的单轴应力状态一致的棘轮效应.对两种应力状态下的结果进行对比发现,在1150MPa应力单轴循环载荷下初始循环残余应变比双轴应力状态高出3倍,且双轴应力状态下最终循环稳定,残余应变约为1.2%,但在单轴应力状态下是不稳定的.对应力和塑性应变累积不均匀性的分析表明:单轴和双轴拉伸状态下,虽然应力和应变分布的不均匀性都随着循环数的增加而增加,但单轴拉伸状态下平均应力随循环数增加,而双轴拉伸状态下几乎为常数.      

棘轮和蠕变条件下材料的附加塑性变形行为研究

针对316L不锈钢进行大量单轴棘轮和蠕变试验研究,对材料在棘轮和蠕变作用下的塑性变形行为以及变形量进行比较和分析.分析发现,材料棘轮和蠕变变形行为之间存在一些相似规律,而且相同试验时间下蠕变变形高于棘轮变形.在持续应力作用下,材料的附加塑性变形与作用应力间体现出上凸的抛物线规律,附加塑性变形先随应力的增长而升高,达到峰值后又逐渐减小.最后,根据这种上凸的抛物线规律提出相应的本构描述方程.     

平均应变效应的循环粘塑性描述

提出了一个考虑具有平均应变循环变形行为的粘塑性本构模型,在该模型中,引入了可以计及平均应变效应的应变幅值记忆参数,构造了相应的背应力演化方程,定义了恰当的非比例度;还提出了对先前加载历史循环变形行为衰减记忆的各向同性变形阻力演化方程。模型用于１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢的平均应变效应的本构描述,结果表明模型合理。     

Residual stress indentation model based on material equivalence

A novel residual stress indentation model for conical indentation loading is proposed to describe the relationship between the residual stress, material constitutive parameters, load, and displacement for materials with a uniaxial constitutive relationship that obeys Hollomon’s power law (H-law). The novel model was established based on the principle that the equivalent material without residual stress corresponds to the original material with residual stress, conical indentation theoretical model based on energy density equivalence, and an assumed power-law relationship between the dimensionless residual stress and relative difference of the yield stresses of the equivalent material and original material. Sixty imaginary H-law materials with ten equibiaxial and ten uniaxial residual stresses were investigated by Finite Element Analysis (FEA). The residual stresses predicted by the novel model from the indentation load–displacement curves simulated for the imaginary materials are in close agreement with those applied by the FEA. Finally, indentation tests for Cr12MoV steel, 45 steel, and 6061-T6511 aluminum alloy were carried out on their specimens without residual stress and their bending specimens with equibiaxial and uniaxial residual stresses. The residual stresses predicted by the novel model according to the indentation load–displacement test curves are in good agreement with those applied by the tests.     

一种考虑平均应力松弛的多级硬化本构模型

在无屈服条件的粘塑性本构理论框架内, 提出了关于内变量和内应力以及材料具有不同硬化趋势的假设, 并在Bodner-Partom模型的基础上, 发展了新的内变量演化模型, 即双级硬化模型(Two StagesHardening, TSH模型)和多级硬化模型(Multi-Stages Hardening, MSH模型), 提高了Bodner-Partom模型对同时模拟应变率相关单调拉伸和循环特性的精度, 特别是增强了对Ratcheting的模拟能力, 使得无屈服条件的本构方程以较高精度模拟Ratcheting成为可能.并将TSH模型和MSH模型用于Udimet720Li材料高温非弹性变形特征的描述, TSH模型改善了B-P模型在模拟单调拉伸和循环硬化方面的精度, 但MSH模型在描述非对称循环载荷下平均应力松弛和Ratcheting应变方面具有更强的能力.      

1Cr18Ni9Ti不锈钢的非比例循环特性实验研究

在高温多轴非比例循环加载下,对１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢进行了在单轴和圆形应变路径下的循环试验、非比例循环加载历史试验以及在圆形应变路径下的应变幅值历史效应的试验。研究了非比例循环附加硬化、应变幅值历史效应、循环加载历史效应及这些效应的温度依赖性,得到了若干有意义的结果。     

粉末高温合金粘塑性试验评定与本构模型参数估计

 开展了粉末高温合金 FGH95 550℃、600℃和 650℃等 3种温度下控制应变率单向拉伸试验和 550℃下循环加载试验研究,结果表明 :600℃以下,快、慢应变率时,5%的试验应变范围内应力—应变曲线都一直上升,不存在应力饱和现象,热恢复效应不显著;但 650℃下慢应变率时则存在较明显的应力饱和现象,反映出在此条件下必须考虑蠕变效应。温度越高应变率对 FGH95的拉伸力学性能影响越明显,但总的说来是一种应变率不甚敏感的循环硬化材料。最后,在试验的基础上建立了 FGH95的 Bonder-Partom统一弹-粘塑性本构模型,理论与试验吻合较好,表明该模型能够模拟 FGH95的应力-应变关系曲线、应变率响应特性以及循环硬化特性,从而为 FGH95粉末高温合金构件的高温应力分析打下了基础。