成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了Hill48,Hill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果, Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.      

Udimet 720 Li 高温变形特性的粘塑性本构建模研究

采用Chaboche统一粘塑性本构方程,对Udimet 720 Li在700℃时的单调拉伸、循环加载及蠕变特性等复杂的高温变形现象进行了建模研究.探讨了Chaboche本构理论对这些变形现象进行建模的形式,并特别针对快速各向同性软化和非对称循环加载时的平均应力松弛现象,对Chaboche本构理论进行了修正和变化.将经过修正的Chaboche本构理论,与Levenberg-Marquadt非线性优化算法相结合,编制了材料参数优化程序,得到了材料参数值.研究表明,经过修正的Chaboche本构模型可较好地建模镍基高温合金Udimet 720 Li在高温下的各种变形行为.      

基于恒应变率控制的椭圆凹模胀形试验方法

为确定2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的成形极限曲线(FLCs),应用改进Hollomon公式获取满足外插可靠度的拟合应力应变,通过有限元分析(FEA)不同椭圆度的椭圆凹模胀形破裂位置,优化工艺参数得到指定应变路径下的成形极限点,建立了液体压力与等效应变及应变率的公式,推导出压力变化率与应变率的定量关系。以应变率控制的椭圆凹模胀形与单拉试验相结合,获得2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的FLCs,为定量分析应变率的影响规律和评判理论预测方法的准确性提供了依据。      

基于褶皱的平流层浮空器升空结构形变模拟

平流层浮空器囊体材料具有非线性、黏弹性、各向异性和不能抗压等特点,起皱现象是在升空膨胀过程中必然会出现的形变状态,褶皱的扩展会影响整个囊体结构的受力状态,改变囊体变形和应力分布.同时,褶皱的存在还会影响囊体结构的动力学行为和空间环境下的热力学分布.通过主应力-主应变相结合准则对褶皱区域进行判别,采用修正褶皱单元的本构矩阵方程的方法对褶皱区域进行处理,地面充氦气试验证明了新方法的模拟结果更加接近测试值.从而为平流层浮空器设计提供了一种有效的分析方法.     

流动拓扑对液体射流失稳与雾化的影响

在大推力液体火箭发动机燃烧过程中,推进剂射流失稳与雾化是起始环节,会对后续蒸发与燃烧等过程产生显著影响。尽管前人做过很多研究,但对湍流射流雾化机理的认知还存在盲区。基于此通过流动拓扑理论来揭示湍流液体平面射流的雾化机理。采用直接数值模拟方法对静止空气环境下的液体平面射流雾化过程进行了高分辨率数值模拟,分析了流场中不同拓扑结构与气液界面曲率的相互影响,阐明了流动拓扑对液体平面射流雾化的影响机制。研究发现,所有流动拓扑结构都有助于产生压缩应变率和拉伸应变率,其中不稳定焦点结构(UFC)拓扑结构对流场应变率的影响最大;在流动拓扑结构影响下,液体体积分数等值面的曲率与应变呈现负相关关系。另外,UFC主要产生拉伸应变率,而其余流动拓扑结构主要产生压缩应变率。研究结果表明：射流雾化过程主要受到UFC拓扑结构的影响,UFC会促进气液界面产生较大的拉伸应变率,进而促进片状或管状结构液体结构生成,从而引起液体射流破碎。     

热弹塑性蠕变应力有限元分析

对处在高温下工作的发动机结构和核反应堆结构进行非弹性分析，以塑性力学增量理论为基础，采用Ｈｓｕ－Ｂｅｒｔｅｌ多项式函数的流动曲线，导出了热弹塑性蠕变应力分析的本构方程及相应的有限元列式，将热弹塑性蠕变有限元程序进行移植、修改；选取典型算例进行数值试验，与算例已有结果比较，符合良好，从而验证了本模型和程序的可靠性和有效性。     

高温结构可靠性分析的时变响应面法

高温条件下结构的本构方程和承载能力都随时间变化,传统的结构可靠性模型在分析这种时变结构可靠性问题时效率较低.提出一种可用于高温结构可靠性分析的热响应与响应量阈值均随时间变化的时变响应面法.首先,通过引入结构各基本变量与时间的交叉二次函数并结合Box-Behnken试验设计建立结构热响应量的时变模型;进而,以温度为中间变量,建立结构响应量阈值与时间的函数关系,据此得到用随机过程表示的时变极限状态函数.具体给出了基本变量服从正态分布情形下的结构时变可靠度计算方法.算例分析表明该方法切实可行,能够在保证计算精度的基础上大幅提高计算效率.      

TB5钛合金凸弯边橡皮成形中侧压块优化设计

TB5钛合金凸弯边橡皮成形时易失稳起皱.将起皱缺陷量化作为优化目标,以凸弯边起皱为缺陷考察指标和侧压块优化的目标函数,基于有限元模拟和试验设计,对不同几何参数下的侧压块橡皮成形进行了有限元模拟,分析了几何参数对起皱指标的影响程度,应用响应面法建立侧压块几何参数和起皱评价指标间的函数关系,并用拟牛顿法进行优化.建立了优化参数和成形指标间的近似函数关系及侧压块优化设计模型.通过试验验证该优化方法的有效性和正确性.     

几种航空铝材动态力学性能实验

利用分离式Hopkinson压杆实验设备测定了4种航空铝合金材料的动态力学性能,根据材料的应力应变曲线特性,选择Cowper-Symonds模型来拟合4种材料的动态本构.在此基础上从实验结果中分析和比较了这4种铝合金在动态冲击下的破坏形式和动态力学特性.实验结果表明LF6R和LF21M具有良好的塑性,而LY12CZ和LC4CS具有一定的脆性;随着4种材料屈服应力的提高,材料切线模量也增加,二者呈线性关系;实验的4种航空铝材中LC4CS应变率敏感程度最小,LF6R敏感程度最大,LF21M,LY12CZ和LC4CS的应变率因子曲线形状相同.      

钛合金表面抗激光涂层损伤特性及热效应影响研究

实验研究了钛合金和高反射型陶瓷涂层材料抗连续型激光烧蚀的损伤及温度分布特性，并从热效应影响角度对比分析了二者在抗激光损伤效果方面的差异性。研究结果表明：相比于钛合金，高反射型陶瓷涂层材料能有效增强钛合金基底抗激光损伤的能力；在同等激光功率密度辐照下，陶瓷涂层材料能有效提升钛合金基底耐受激光辐照的时间长度。实验结果表明该陶瓷涂层材料的激光损伤阈值比钛合金高约5.8倍。实验发现陶瓷涂层温升速率高于钛合金，但由于陶瓷材料具有较高的反射特性，以及良好的热吸收和热传导特性，因此能使由激光辐照产生的热量在其表面较快地扩散，而降低向基底方向传导的程度，最终提升陶瓷涂层的抗激光损伤阈值。     

基于修正M-K模型的铝合金板材成形极限图预测

为准确预测AA7075-O铝合金板材的成形极限,将韧性断裂准则和传统M-K模型相结合,提出一种基于韧性断裂准则的修正M-K模型.利用单向拉伸模拟和试验相结合的方法,提取危险单元的应力应变历史并代入C-L韧性断裂准则中,得到材料常数.基于单向拉伸试验所得成形极限点,通过MATLAB编程得到修正M-K模型的初始厚度不均度.在常温下,以单向拉伸、宽板弯曲、液压胀形试验获得AA7075-O铝合金板材的成形极限曲线,与修正M-K模型和传统M-K模型计算得到的理论成形极限曲线进行对比,验证了修正M-K模型的可行性和准确性.      

成形极限曲线（FLC）的新概念

失稳理论是FLC的理论基础。文章论述了FLC理论研究中存在的问题。指出:一般出厂板的表面状况不会影响板料的集中失稳;板内损伤平面应变时最严重。双拉时,板内损伤的积累、发展,导致应力状态向平面应变漂移;拉压时,载荷失稳后引起的双拉,也会导致平面应变。因此平面应变状态的出现是板料集中失稳的共同原因。在此基础上提出了建立FLC的统一的模型。     

新淬火状态铝合金板的成形极限

论述了硬铝合金成形工艺中应变路径、固溶热处理和时效过程对成形极限的影响,由试验得到了单向拉伸预应变和固溶热处理后时效过程中的成形极限图FLD(Forming Limit Diagram),重点研究了固溶热处理后时效过程中成形极限的变化,并得到了铝合金在时效过程中的成形极限应力图FLSD(Forming Limit Stress Diagram).结果表明,原始退火状态材料的成形极限高于新淬火状态材料的成形极限,且新淬火状态材料的成形极限随时效时间增加而降低,原因主要在于固溶热处理过程中材料组织状态的变化和应变硬化指数n在时效过程中的降低;成形极限应变的降低导致成形极限应力也随时效时间增加而降低.      

高强度铝合金7804-T6板材温拉伸本构方程

通过在293~573K的温度范围内和应变速率为0.0006~0.06s^-1下对高强度铝合金7B04-T6薄板进行温拉伸试验,研究了高强度铝合金温拉伸性能,以及该合金在升温条件下流变应力与变形温度、应变速率之间的关系,可以得出结论:合金的流动应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;延伸率随变形温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小,并基于Fields and Backofen方程建立了该型铝合金在温拉伸时应力-应变模型.     

钛合金超声振动钻削工艺特性仿真及试验研究

针对钛合金传统钻削中存在的切削力大、切削温度高和加工质量差等问题,研究了钛合金超声振动钻削工艺特性。首先,通过超声振动钻削的运动方程,分析了其断续切削和高速切削的特性;然后,利用Deform-3D对钛合金超声振动力钻削的轴向力、扭矩和切削温度进行了仿真,并通过超声振动钻削试验研究了轴向力、扭矩和出口毛刺相对传统钻削的变化。结果表明:钛合金超声振动钻削可以降低平均轴向力约20%,降低平均扭矩约40%,降低平均切削温度50%以上,钛合金超声加工孔的加工质量明显优于传统加工。钛合金超声纵扭复合振动钻削相比超声一维纵振钻削可以进一步降低钻削轴向力、扭矩和切削温度,体现出更好的钻削工艺特性。      

TA15板与电子束焊接疲劳特性研究

通过对TA15钛合金薄板材料标准疲劳试件的疲劳试验结果分析处理和结构用板材2种应力水平下成组疲劳试验,建立了TA15板S-N曲线表达式.完成两种应力水平下TA15板电子束焊接试件疲劳试验,采用当量应力集中系数法,确定各试件的当量应力集中系数以及中值当量应力集中系数、安全当量应力集中系数.进而建立电子束焊接件的S-N曲线与p-S-N曲线,并对当量应力集中系数法的合理性进行了检验.最后对TA15板及电子束焊接件的疲劳特性做了对比分析.     

高强钛合金中的微动损伤与疲劳

本文对高强钛合金Ti-10V-2Fe-3Al在不同温度下的微动损伤和疲劳特性进行了研究。试验结果表明,该合金对微动损伤十分敏感,常温疲劳强度下降达50％。微动损伤的主要机制是疲劳脱层,这是由作用在材料次表层的交变切应力引起的,它将导致疲劳裂纹的萌生和早期断裂。疲劳裂纹的扩展方向可根据接触应力分析得到解释。在较高试验温度下,由于接触面形成的氧化层的保护作用,微动损伤程度减弱。     

单向拉伸中TB5钛合金组织转变的原位观察

通过单向拉伸下的视频显微镜原位观察,定量研究了Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(即为TB5)钛合金显微组织在拉伸过程中的演变规律.结果表明:单向拉伸时,该钛合金在弹性阶段组织变化不明显,而在塑性阶段随变形量的增加,组织中滑移带的变化可分为单滑移、多滑移和交滑移3个阶段.在单向拉伸过程中,由于滑移带从单滑移进入到多滑移,发生了几何硬化,导致晶粒变化减缓,滑移带的转动幅度变小.