正交各向异性材料粘塑性统一本构模型

通过引入各向异性矩阵,将各向同性材料的ＷＡＬＫＥＲ粘塑性统一本构模型进行了修正,提出了一个正交各向异性材料的粘塑性统一本构模型,给出了定向结晶材料和单晶材料各向异性矩阵的表达式。用所提出的统一本构模型预测了某单晶材料不同方向的迟滞回线、蠕变和松弛特性,同时与试验结果进行了比较。     

镍基单晶合金蠕变研究:基于晶体塑性的蠕变建模

在镍基单晶合金高温蠕变建模工作的第二部分,通过提出的蠕变材料模型,在晶体塑性理论的变形梯度与滑移系剪切应变率关系的基础上,结合不同温度下不同滑移系上的蠕变机理,最终建立起滑移系上行为与材料结构变形的联系.材料本构方程的积分采用了四阶Runge-Kutta法,并通过对DD3和CMSX-4两种材料在不同温度,晶体取向和应力水平下的试验曲线进行计算模拟,说明了模型及算法的可行性及对较宽的温度、应力和晶体取向下蠕变行为模拟的能力.      

基于裂比的非晶合金永磁电机设计技术

非晶合金材料电磁性能优异,应用于电机领域能显著降低电机铁心损耗,提高电机效率。针对非晶合金材料的特点,基于永磁电机基本设计理论,推导了非晶合金电机铜耗与铁心损耗的解析表达式。基于非晶合金永磁电机损耗的解析表达式对非晶合金永磁电机裂比(定子内外径之比)、磁密比值(气隙磁密与铁心磁密之比)的设计进行了研究,得出了非晶合金永磁电机裂比、磁密比值的设计规律。在对非晶合金永磁电机设计规律研究的基础上完成了一台非晶合金永磁电机的设计并进行了试验。所做的研究对非晶合金电机的设计及优化具有一定的参考价值。     

GH4169高温合金高应变率本构关系试验研究

 基于高应变率下GH4169高温合金的本构关系是采用有限元法对GH4169高温合金进行切削加工数值分析研究的基础。本文针对GH4169高温合金,通过试验对其在温度为室温至1 000 ℃、应变率为2 000～10 000 s^-1的范围内的本构关系进行了研究。研究发现高应变率下GH4169高温合金的流动应力与塑性应变关系接近线性关系,同时温度影响着高应变率下应变率对本构关系的影响程度及方式。根据GH4169合金流动应力曲线的特点,对Johnson-Cook本构模型进行修正。基于试验结果,通过数据拟合确定了对应高应变率GH4169高温合金的材料常数,建立了描述GH4169高温合金高应变率下的本构模型,为切削加工有限元数值分析提供了理论基础,并为相关类似研究提供了思路。     

镍基高温合金Udimet 720 Li硬化与蠕变响应本构建模

在镍基高温合金Udimet 720 Li的单调拉仲、对称循环加载和蠕变实验数据的基础上，开展了应用Bodner-Partom统一粘塑性本构理论对这三类载荷条件下材料的力学行为进行同时建模的研究。通过仔细分析方程的本构特征，提出了一种根据单轴实验获得本构参数的系统优化策略，然后将B-P模型编入ABAQUS的材料子程序UMAT，计算了700℃时不同加载情况下材料的非弹性变形，并与实验结果进行了对比，获得了良好的一致性。     

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。     

镍基单晶蠕变研究：基于晶体塑性的蠕变模型

在镍基单晶合金高温蠕变建模工作的第二部分,通过提出的蠕变材料模型,在晶体塑性理论的变形梯度与滑移系剪切应变率关系的基础上结合不同温度下不同滑移系上的蠕变机理,最终建立起滑移系上行为与材料结构变形的联系。材料本构方程的积分采用了四阶Runge-utta法,并通过对DD3和 CMSX-4两种材料在不同温度,晶体取向和应力水平下的试验曲线进行计算模拟,说明了模型及算法的可行性及对较宽的温度、应力和晶体取向下蠕变行为模拟的能力。     

SHPB实验考虑绝热变形和端面摩擦的修正方法

采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高应变率下的温度敏感性,并拟合了Johnson-Cook本构模型的参数。结合数值计算方法对压缩实验中试件内部的应力、应变以及温度的分布建立了一个半经验的数学模型并提出了一种新的参数修正方法,将端面摩擦效应、绝热变形升温效应与SHPB实验结果进行解耦。实验结果表明:温度越高,GH4169高温合金的屈服强度以及流动应力越小。并且在SHPB实验中GH4169高温合金存在明显的绝热变形升温效应和端面摩擦效应,导致实验结果并不能真实反映材料的硬化特性。通过对原始Johnson-Cook本构方程的硬化项乘以1.2的修正系数,发现修正后的本构参数准确反映了材料在高应变率下的应力应变特性。      

NiTi合金的相变-塑性统一本构模型与数值算法

为了准确描述NiTi形状记忆合金的相变与塑性力学行为,基于不可逆热力学理论框架并假定两个内变量分别表征合金变形过程中的相变与塑性行为,推导出其相变、塑性的主控方程,总结两阶段的主控方程,构建出NiTi合金动态加载过程中的相变-塑性统一本构模型。采用半隐式应力积分算法对非弹性应变增量进行更新,通过FORTRAN语言将所提出的宏观唯象本构模型进行了数值程序实现。对比模拟与实验结果验证了该本构模型的合理性,发现该模型能够准确描述NiTi合金随着载荷增加而出现的母相弹性、马氏体相变、马氏体弹性与马氏体塑性流动等不同变形阶段,对于不同应变率动态加载下的应力-应变行为该模型也可较理想地描述。     

薄壁钛管剪应力本构参数识别方法

不同温度下的薄壁钛管剪应力本构参数识别,是研究薄壁钛管差温剪切弯曲过程管材塑性变形行为迫切需要解决的关键问题。提出了一种管材剪切测试的方法。将不同温度下薄壁钛管等温剪切测试、剪切测试过程模拟有限元模型、以及基于距离函数的响应面模型相结合,提出了薄壁钛管不同温度下剪应力本构参数逆向识别方法。采用该方法,识别了TA2薄壁钛管剪应力本构参数。同时建立了TA2薄壁钛管差温剪切弯曲过程模拟3维弹塑性热力耦合有限元模型。分别采用剪应力本构参数和单拉应力本构参数模拟弯管实验过程,评估了有限元模型的可靠性。结果表明：对于剪应力本构参数,温度越高,管材的K值和n值将减小,m值呈现波动的趋势。与单拉应力本构参数相比,剪应力本构参数对温度的变化更敏感,且剪应力本构参数值较小。与单拉应力本构参数相比,使用剪应力本构参数的有限元模型精度较高,模拟精度最大提高了60%。     

TC11合金热变形特性及变形参数对组织的影响

通过热模拟压缩试验,分析了TC11合金的高温变形特性及不同变形参数下的组织演化规律,用非线性回归方法建立了TC11合金Kumar型材料的本构关系,得出了TC11合金的高温流变曲线基本呈流变软化特征的结论;最后应用MSC,Autoforge软件对TC11合金某型号涡轮盘的等温锻造工艺进行了模拟式工艺设计,验证了TC11合金材料本构关系的工程适用性.     

置氢Ti600合金热变形本构关系

基于热模拟压缩试验数据,通过共线性诊断、变量筛选、回归分析等过程,建立了置氢Ti600合金热变形的本构关系.结果表明:回归计算值与试验值吻合较好,所建立的本构关系能够描述置氢Ti600合金热变形过程中应变、应变速率、变形温度对流变应力的影响规律.     

基于Deform软件二次开发和BP神经网络的TA15多向锻造微观组织预报

通过热压缩实验构建了TA15合金的热变形真应力-应变曲线,以此为基础分别建立了合金双相区及单相区温度区间的热变形本构方程;基于热压缩试样动态再结晶的统计数据建立了TA15合金的动态再结晶模型。借助Deform提供的二次开发功能实现相关数学模型的程序化,制定正交实验方案,实现了TA15合金多向锻造变形的微观组织仿真。通过正交实验分析得出各项因子的影响对象及强弱差异,提出了双相区及单相区温度区间内的多向锻造最佳因子组合。建立了TA15合金多向锻造变形微观组织的BP （Back Propagation）神经网络预测模型,将预测结果与有限元仿真结果进行比较,结果表明两种方法的预测结果基本一致,但神经网络具备有限元仿真难以实现的良好细节预测能力,能更为细致地实现对微观组织分布状态的划分。     

层状球面弹性轴承刚度设计、仿真与试验

从理论上推导了层状球面弹性轴承各橡胶层的压缩刚度和扭转刚度计算公式,通过具体算例,将层状球面弹性轴承各橡胶层压缩刚度和扭转刚度的理论计算结果与仿真结果进行了对比分析.结果表明:各橡胶层压缩刚度的理论计算结果与仿真结果基本吻合,最大误差为3.98%.各橡胶层扭转刚度的仿真结果与理论计算结果存在一定偏差,从小接头开始的前半部分橡胶层扭转刚度的仿真结果大于理论计算结果,最大误差为33.3%;后半部分橡胶层扭转刚度仿真结果小于理论计算结果,最大误差为32.8%.压缩刚度对压力变化表现的非线性特性不明显,扭转刚度则随扭转角的增大,其非线性特性变得越显著.但通过理论方法、有限元仿真方法得到的层状球面弹性轴承等效压缩刚度和等效扭转刚度与试验结果吻合良好.      

1-3型压电纤维主动薄壁梁扭转特性

从薄壁梁理论出发,在考虑扭转翘曲影响的情况下,推导了1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁的几何方程、本构方程和静力学控制方程。在此基础上,采用该理论分析了4类典型铺层方式的主动薄壁梁在控制电压作用下产生的主动力和变形模式。分析指出,采用适当的铺层方式,可以使得1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁具有主动扭转能力,特别是纯扭转能力。算例同时分析了主动薄壁梁主动扭转能力随压电纤维的体积比、铺层角、外界电场强度以及薄壁梁的长度等因素的变化规律。算例结果表明,本文分析方法具有较好的精度,1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁具有良好的主动扭转特性,这将大大扩大主动结构的自由度控制范围,特别是扭转自由度的控制范围。     

DZ22高温合金复杂应力疲劳强度研究

一、疲劳强度计算方法的建立　　定向凝固镍基高温合金 DZ2 2是一种正交各向异性材料 ,对于各向异性材料 ,由于偏轴向拉剪和剪拉耦合的存在 ,形状改变与体积变化无法分开 ,仅考虑剪切应变能不足以说明各向异性材料的失效 ,还需要考虑体积改变能。据此认为 Tsia- Wu理论 [1 ] 较 Hill理论 [2 ] 更能有效地反应各向异性材料的失效 ,并根据 Tsai- Wu理论导出一个疲劳强度的计算方法。Tsai- Wu假设各向异性材料在应力空间中的破坏表面可表示为一个高阶张量多项式 ,并提出了以二阶张量多项式为破坏准则的计算方法 ,即Fijσiσj+ Fiσi =1 ( …     

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.     

粘塑性损伤统一本构模型中材料常数的一种确定方法

对粘塑性损伤统一本构模型及其参数确定方法做了简单回顾,提出了一种简单有效的粘塑性参数确定方法,并以定向凝固合金DZ4为例,采用遗传算法进行了优化。同时给出了DZ4蠕变损伤参数和疲劳损伤参数的优化结果。通过循环应力应变计算和蠕变计算,证明所提出的方法是可行的。      

GH36合金的蠕变损伤行为及分析

对GH36合金在650℃下的蠕变损伤行为进行研究,基于Kachanov-Rabotnov理论,对蠕变损伤的本构方程进行处理以得到一组线性控制方程组,再利用现代变分原理进行数值求解和分析,给出该材料的蠕变曲线和损伤曲线;并与GH36(在650℃下)的蠕变试验结果进行比较。