预应变SMA⁃TMD对钢框架结构抗震性能影响研究

针对钢结构在地震激励下加速度响应过大的问题,介绍了一种将形状记忆合金(SMA)应用到调谐质量阻尼器(TMD)装置中的解决方案,利用SMA的特性实现有效的自复位和稳定的阻尼,将预应变SMA棒应用到TMD中,提高装置的阻尼性能。通过试验测试及有限元模拟,研究安装施加预应变SMA-TMD的钢框架抗震性能。结果表明:预应变SMA棒不仅有助于自复位,而且还能大大提高SMA-TMD的等效黏滞阻尼比;经过优化的SMA-TMD装置可以大大降低钢框架的地震动响应,并加快地震能量消耗。

DP900钢的成形性及预应变对烘烤硬化行为的影响

对汽车结构件用DP900钢的成形极限图进行了测试和研究,并运用数学模型进行了预测分析。利用内耗仪和透射电子显微镜从微观角度研究了预应变对烘烤硬化值的影响。结果表明:DP900钢室温下的力学性能为屈服强度604 MPa,抗拉强度935 MPa,均匀伸长率达到14%,断后伸长率为19%。冲压成形过程中,成形极限FLD0为0.245,基于Hollomon方程建立的成形极限数学模型的预测误差在0.2%~13.5%,平均误差为5.87%。预应变量的大小对BH值有显著的影响。随预应变增大,BH值先升高后降低,预应变为7%时达到最高值45 MPa。内耗峰值变化趋势与BH值一致。

预应变对S30408不锈钢力学性能和马氏体相变的影响

为了探究不同预应变量下S30408不锈钢力学性能的变化规律,课题组在室温下对S30408不锈钢开展不同预应变量下的单轴拉伸试验,分析了预应变对其力学性能及马氏体相变的影响规律,在此基础上建立了考虑预应变影响的修正Ludwigson模型,并结合基于Johnson-Cook的脆化模型合理预测预应变后材料力学性能。结果表明:随着预应变量的增加,S30408不锈钢的屈服强度明显增加,抗拉强度缓慢增加,断后延伸率降低;利用金相和X射线衍射试验获取不同预应变量下微观组织和析出相成分,发现在预应变量大于9%后,S30408不锈钢开始逐渐出现形变诱导的马氏体相变。课题组的研究实现了不同预应变量下的S30408不锈钢应力-应变关系的合理评价。

注CO_(2)管柱预应变和循环加载力学性能实验研究

在CO_(2)驱提高油田采收率过程中,经常发生注采管柱断裂失效的现象,严重影响生产及驱油整体效益。通过H2S与CO_(2)复合环境下管柱的预应变和循环加载实验,明确了管材力学性能的衰减规律,并分析了现场生产中对应的实际工况,提出了预防对策。经现场应用,取得了很好的预防效果,管柱断裂频次大幅下降。

中子辐照和冷轧(预应变)对高纯铝压缩特性的影响

金属材料的中子辐照脆化一直都是核能安全领域十分关注的问题,辐照硬化效应往往能够定性表征材料的辐照脆化性能.大量冷轧金属被应用于反应堆结构材料,为进一步认识冷轧(预应变)对中子辐照金属材料硬化特性的影响规律及其微观机理,文章研究了退火态和预压缩10%应变高纯铝的准静态压缩性能,以及位错密度,辐照孔洞的尺寸和数密度随辐照剂量的变化规律.结果表明,辐照剂量越高,高纯铝内部孔洞的尺寸和数密度越高,辐照缺陷引起的强化效果越强;预应变引入的高密度位错会抑制辐照孔洞的形核和长大,最终降低孔洞的尺寸和数密度;预应变高纯铝表现出显著的辐照退火效应,随着辐照剂量的增加,辐照退火引起的软化效应明显强于辐照缺陷引起的硬化效应,导致预应变高纯铝的屈服强度随辐照剂量先增加后降低;这一结果暗示退火效应很可能导致辐照冷轧材料的屈服强度低于其未辐照时的初始屈服强度,从而降低反应堆内冷轧态金属结构的安全可靠性.最后,基于Johnson-Cook本构关系的B-Y(Byun-Ye)辐照脆化模型能够适用于辐照金属材料的压缩本构关系预测,且模型预测结果与实验结果吻合较好.

基于特种筋材蠕变试验预应变加筋法应用研究及计算模型

通过对目前广泛应用于加筋土工程的特种筋材——CE131土工网、SDL25土工格栅进行了不同应力水平作用下的长期荷载蠕变试验。为比较不同强度土工合成材料的蠕变特性,研究制作6个CE131土工网试样和4个SDL25土工格栅试样。通过大量的试验结果分析,得出特种筋材CE131土工网、SDL25土工格栅的长期强度为抗拉强度的30%～40%,并提出在长期强度条件下特种筋材的预应变值大小及其计算公式。这对施工中的预应变加筋法技术有重要的参考价值。

预应变对TRIP钢力学性能及硬化行为的影响

为了研究TRIP钢不同变形量后的使用性能,对TRIP690冷轧镀锌板进行了分别为5%、10%、15%、20%的预应变准静态拉伸,研究不同预应变对TRIP钢的力学性能及加工硬化行为的影响,并通过XRD技术测量残留奥氏体的变化规律。结果表明:预应变对TRIP钢的屈服强度、屈强比、平均加工硬化值影响显著,其中屈服强度和屈强比均随预应变量增大而显著增大,抗拉强度和强塑积均小幅增大;同时由于随拉伸预应变量增大,残留奥氏体持续地向马氏体发生渐进式转变,残留奥氏体含量降低,且剩余的残留奥氏体较为稳定难以诱发相变,使得材料的加工硬化能力明显减弱。

预时效及预应变对汽车用AA6016合金析出行为的影响

利用差示扫描量热法对汽车用AA6016铝合金板材中析出相的析出行为和激活能进行分析和计算。结果表明,在10℃/min加热速率条件下,自然时效态和预时效处理后状态强化相β″相析出温度约为265℃和250℃,析出激活能分别为(178.21±4.24)和(131.87±2.91)k J/mol。对于预时效处理后的合金施加不同程度的变形,发现当预应变量为2%时,β″相析出温度为240℃左右,进一步增大变形至5%,强化相析出温度约为230℃。经计算,预应变量为0、2%和5%合金β″相析出激活能分别为(131.87±2.91),(134.81±3.45)和(128.47±3.67)k J/mol,三者相差不大。

基于DIC的预应变下铜/铝复层板各向异性性能检测与研究

基于数字图像相关法(DIC)与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板全场三维应变测量的方法。为了验证该方法的可行性,进行了Q235钢拉伸实验,将DIC法与引伸计变形测量结果进行了对比。应用DIC法对预应变下的复层板各向异性进行了性能检测与研究。结果表明:数字图像相关法的应变测量精度高于0.5%,与引伸计所测结果基本相当;随着预应变量的增加,复层板料力学参数的各向异性先增强后减弱;塑性应变比、应变硬化率的变化与预应变量和加载方向密切相关;板料轴向应变与宽向应变间的线性关系也受预应变与加载方向的影响。

预应变下高强结构钢低温断裂性能

为了测试高强结构钢Q420力学性能和断裂韧度,对其原材料和塑性变形材料分别进行了不同温度下的拉伸试验和断裂韧性试验.结果表明,结构钢的断裂韧性随着温度的降低显著减小,使其倾向于脆性断裂;而预应变虽然提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,但显著降低了钢材的塑性及断裂韧性,进一步增加了脆性断裂发生的可能性.同时利用有限元分析得出,预应变对延性断裂向脆性断裂转变的促进作用源于预应变引起裂纹尖端应力场的增大.在重要工程设计、选材、安全分析及评定时,应充分考虑温度和预应变对结构断裂行为的影响.

预应变和预时效对Al-Mg-Si合金烘烤硬化性能的影响

采用硬度和单轴拉伸测试,结合差示扫描量热法(DSC),分析预时效、预应变和预应变后预时效3种预处理工艺对Al-Mg-Si合金自然时效的抑制及烘烤硬化性能的影响。结果表明:预时效能有效抑制合金的自然时效,提高烘烤硬化效果(BHR),但预时效时间为10 min时,烘烤前强度较高,并且烘烤后塑性降低;预时效前加入预应变不仅能进一步抑制合金的自然时效,且在烘烤强度明显增加的同时保持合金伸长率较高,其中合金经5%预应变及5 min预时效的烘烤硬化性能最好。预处理后合金的DSC曲线中原子团簇的溶解峰消失,且β″相析出峰提前,说明预处理可抑制合金在自然时效过程中原子团簇的形成,加速烘烤过程中β″强化相的析出从而抑制自然时效,增加烘烤效果。

Q235B焊接接头在预应变下断裂性能试验

以常用建筑结构钢Q235B为研究对象,进行了母材与焊缝在预应变下的冲击、拉伸和断裂韧度试验。结果表明,材料在预应变下无论是母材还是焊缝冲击韧度均有所降低,韧—脆转变温度有所提高,断裂危险性增加。预应变对焊缝冲击韧度的影响要较母材显著,而对母材断裂韧度的影响要较焊缝的显著。在重要结构用钢选材和安全分析时,预应变应作为一个考虑因素。

奥氏体不锈钢预应变效果评价

对奥氏体不锈钢进行预应变是为了获得良好的机械性能,预应变效果评价是改进钢材生产工艺的基础。应用概率论与数理统计知识,建立了预应变效果的评价体系:用F分布评价预应变对机械性能参数标准差的改变效果,用t分布评价预应变对机械性能参数均值的改变效果。以奥氏体不锈钢S30408的预应变效果评价为例,基于液氮温度下的有效拉伸试验数据,在双侧置信度为99%时,评价了S30408钢的9%预应变效果:(1) 9%预应变明显提高S30408钢屈服强度均值,其标准差基本不变;(2) 9%预应变对于S30408钢抗拉强度的均值与标准差基本无影响。

预应变对中碳TRIP钢氢吸附及延迟断裂行为的影响

采用电化学充氢、热脱氢分析仪(TDS)及慢应变速率试验(SSRT)研究了预应变对一种Si-Mn系中碳TRIP钢的氢吸附及延迟断裂行为的影响。结果表明,具有多相组织的等温淬火(AT)试样在拉伸变形过程中,残留奥氏体在应变诱导下转变为马氏体,其转变量随着预应变量的增大而增加。具有回火马氏体组织的淬火回火(QT)试样和AT试样在充氢后的氢逸出曲线上均具有一个逸出峰,其峰值温度分别约为90℃和130℃,该峰值温度随预应变量的增大而升高。随着预应变量的增加,充氢QT样和AT样的氢含量逐渐增加,这导致氢致塑性损失增加,其中AT样的氢致塑性损失要明显高于QT样。这表明,预变形AT样的延迟断裂敏感性较高。

预应变对Ni-50.4Ti合金记忆应变和回复力的影响

研究了预应变对经过不同热处理的Ｎｉ５０．４Ｔｉ（原子分数，％）合金记忆应变和回复力的影响，分析了回复力产生的过程．预应变大约为８．５％时试样具有最大的记忆应变和回复力热处理提高了母相的屈服强度从而使材料的记忆应变和回复力提高。

预应变对Nb微合金化09MnNiDR低温钢高温塑性的影响

利用光学和电子显微镜观察断口组织,并测定断面收缩率来研究预拉伸应变对Nb微合金化低温钢09MnNiDR高温塑性的影响。当试样进行5%变形量预拉伸,800℃时断口组织主要为铁素体,晶界处有网状先共析晶界铁素体,断面收缩率为63%;900℃时断口组织主要为贝氏体和针状铁素体以及大量碳氮化物,断面收缩率降至35%;1000℃时断口组织主要为板条马氏体,断面收缩率升至95%。与未进行预应变试样相比,在800～920℃的温度区间,断面收缩率显著降低,预应变明显恶化了Nb微合金化09MnNiDR钢的高温塑性,这主要与预应变促进了尺寸为十几纳米至几十纳米Nb碳氮化物的沿晶界析出有关。

预应变对管线钢低温断裂韧度影响研究

油气管线无论是在安装还是在服役过程中,都会不可避免地产生大塑性应变(即预应变)。为了研究预应变对材料力学性能和断裂韧度的影响,对X80管线钢原材料和塑性变形材料分别进行不同温度下的拉伸试验和断裂韧度试验,并对试样断口形貌进行分析。试验结果表明,温度对管线钢的断裂韧度具有显著作用,钢材的断裂韧度随着温度的降低显著减小,断裂方式也由延性断裂转变为脆性断裂;拉伸预应变因工作硬化提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,而压缩预应变因包申格效应降低了钢材的屈服强度与抗拉强度,但两者都降低了钢材的塑性及断裂韧度,进一步增加脆性断裂发生的概率。因此,在管道设计、选材、安全分析及评定时,应充分考虑温度和预应变对管线钢断裂行为的影响。

拉伸预应变条件下基于孔洞演变分析的GTN损伤模型参数研究

利用板料预加载实验,在板料轧制方向形成4. 0%、8. 6%和11. 0%的均匀预拉伸变形。在均匀变形区沿轧制方向切取缺口拉伸试样进行第2阶段拉伸试验,对拉伸后试样进行不同区域的孔洞观察与统计,研究拉伸预应变对退火态AA6061材料后续变形诱导孔洞演变的影响。结合上述分析,进行变路径加载实验过程的数值模拟,研究拉伸预应变的存在对于GTN损伤模型参数的影响。研究结果表明:预加载阶段的预变形越大,对第2阶段加载过程中孔洞演变的影响越大,表现为孔洞体积分数随拉伸预应变值的增加而减小;拉伸预应变会影响GTN模型对孔洞演变过程的预测,f_n、ε_n、f_c和f_F4个参数的取值依赖于拉伸预应变的大小。

扭转预应变对Q345R钢超低周疲劳性能影响研究

采用横向应变控制方法,研究了扭转预应变对压力容器用钢Q345R超低周疲劳性能的影响。获得了预扭转前后材料的循环应力-应变关系、疲劳寿命等实验数据,据此,利用双参数威布尔分布数概率函数对疲劳寿命数据进行处理,结果表明其疲劳寿命以及置信度在双对数坐标系中的线性关系良好。通过Hollomon公式和MansonCoffin公式拟合疲劳实验数据,建立了疲劳寿命预测公式。计算并拟合了材料塑性应变能和循环周次的关系,并对比研究了预扭转前后材料的循环韧度。试样疲劳断口观察表明预扭转的材料比未预扭转的材料断口形貌中有较多的子孔洞、空穴和二次裂纹。

深冲汽车车身用IF钢预应变拉伸实验

对3种典型的汽车车身用钢材(CR3 GI,CR4 uncoated和HC220Y GI)在预先给出5种不同的拉伸应变后,进行了单向拉伸实验。结果表明,屈服强度和抗拉强度随预应变的增加而增加。深冲IF钢(CR3和CR4)屈服强度随预应变的增量约为11 MPa/(1%预应变),高强IF钢(HC220Y GI)约为12 MPa/(1%预应变),其抗拉强度随预应变的增量分别为3.5 MPa/(1%预应变)和4.4 MPa/(1%预应变)。