铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为及本构模型的建立

利用Gleeble-3500型热力模拟试验机对铸态Mg-6Zn合金在变形温度500,520,540℃,应变速率0.1,1,5 s^(-1)下进行半固态压缩试验,得到了真应力-真应变曲线;基于真应力和真应变试验数据及Arrhenius模型,建立该合金的半固态压缩本构模型,并进行试验验证。结果表明:Mg-6Zn合金的半固态压缩变形过程主要分为类弹性变形、应变硬化变形和流变黏塑性变形3个阶段;峰值应力随变形温度的升高或应变速率的减小而降低。利用建立的本构模型计算得到的真应力与试验结果之间的相关性很好,相关系数为0.947,平均相对误差为5.57%,说明该本构模型能够较准确地预测铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为。

高强度螺栓材料全过程真实应力-应变关系研究

对极限状态下螺栓杆会发生较大变形的高强度螺栓连接节点进行模拟分析时,需考虑螺栓材料的真实应力-应变关系。为此,以10.9级M20,M24,M30高强度螺栓为研究对象,探讨单轴拉伸状态下高强度螺栓材料的全过程真实应力-应变关系。首先制作高强度螺栓材料拉伸试件并通过开展单轴拉伸试验获得材料的全过程工程应力-应变曲线。然后采用有限元方法对单轴拉伸试验进行模拟,通过比较有限元分析和实测工程应力-应变曲线,讨论描述材料真实应力-应变关系的Ludwik,Hollomon,Voce,Swift表达式的适用性。最后基于归一化的颈缩前真实应力-应变关系以及归一化的硬化阶段真实应力-应变关系,提出两种改进的Ramberg-Osgood表达式描述螺栓材料的全过程真实应力-应变关系。结果表明:基于颈缩前硬化阶段真实应力-应变曲线拟合的Ludwik,Hollomon,Voce,Swift表达式中,Ludwik,Hollomon,Swift表达式会高估螺栓材料颈缩后的真实应力,而Voce表达式会低估螺栓材料颈缩后的真实应力;本研究提出基于归一化颈缩前真实应力-应变关系的Ramberg-Osgood表达式可较为准确地描述高强度螺栓材料的全过程真实应力-应变关系,其在强化阶段会略高估螺栓材料的真实应力;提出的基于归一化硬化阶段真实应力-应变关系的Ramberg-Osgood表达式可更准确地描述高强度螺栓材料的全过程真实应力-应变关系。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热变形行为研究

以7000系Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为研究材料,在Gleeble1500热模拟试验机上进行变形温度250~400℃,应变速率0.01~10 s^(-1)条件下的等温压缩试验。研究结果表明:合金在等温压缩过程中的流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的增大而减小。当应变速率为10 s^(-1),变形温度为250℃时,合金的峰值应力可达205 MPa。大部分的真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征,结合TEM分析,动态再结晶的形成机制是位错通过滑移和攀移逐渐演变成小角度晶界(2°~15°)和大角度晶界(>15°),依靠位错重排在原始晶粒内部形成亚结构,最终形成完整晶界。同时,采用Arrhenius模型和Zener-Hollomon参数方程,构建了Al-Zn-MgCu-Zr合金的本构方程,其中合金的平均变形激活能为324 187 J/mol。此外,通过Prasad失稳判据等模型,构建了0.2、0.4以及0.6应变下的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热加工图,获得可加工窗口为:252~400℃,0.01~0.015 s^(-1)。

浅谈金属材料的真应力-应变测试及曲线拟合

金属材料的真应力-应变曲线对材料工程设计有着重要意义。然而,在金属材料的真应力-应变曲线测试过程和计算拟合过程中,有各种不同的方法,本文就这些方法进行了试验尝试和数据计算拟合,获得了大量数据。通过对数据的处理分析,获得了很多对试验过程和后期数据处理具有借鉴意义的经验。另外,在试验过程中的注意事项、理论指导和数据处理等方面进行了经验汇总。

重塑黄土的往返加卸载真三轴试验研究

针对不同应力路径往返加卸载条件下黄土累积塑性应变发展特性,以重塑黄土为研究对象,利用真三轴仪开展不同应力路径的往返加卸载试验研究,探究不同应力路径、应力幅值下黄土的循环应力时程曲线、滞回曲线、骨干曲线及累积塑性应变曲线的影响规律。揭示了应力路径对重塑黄土力学特性的影响,描述了各主应力与中主应力比b和应力幅值的相关性,提出了重塑黄土的滞回曲线近似呈椭圆形,长轴斜率随中主应力比b值的增大而增大,随应力幅值的增大而减小;随着中主应力比b值的增大,循环应力-应变骨干曲线随之硬化,累积塑性应变曲线依次降低,且累积塑性应变发展更早的进入平缓阶段,为解决相关黄土工程问题提供了参考。

基于二阶链式子区的金属拉伸试验DIC辅助测试方法

为提高金属材性试验的测量精度和测试效率,在传统拉伸试验方法的基础上引入数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术,提出相应形变测量理论及方法。基于拉伸试件的颈缩变形特征,提出链式形变测量理论,该理论通过一种跟随表面形状变化而自由变形的柔性链条来表征各阶段的试件形变。进一步通过设置多个连续且等尺寸的DIC二阶链式子区,采用DIC亚像素算法得到任意变形时刻的链式子区角点坐标,并进一步得到沿试件长度方向的柔性离散链形变结果,实现对试件各处应变、颈缩极值点等的求解,从而建立了一套完整的金属拉伸试验DIC辅助测试方法。开展了多个标准金属试件的拉伸试验,通过与引伸仪、靶标图像测量等传统方法对比,验证了该文方法对颈缩效应、弹性模量、极限伸长率、真实应力-应变曲线等金属材性指标具备较高测量精度及有效性,同时该文方法能够实现高度自动化测量,可在金属拉伸试验领域进行工业化推广普及。

Q235钢真实应力-应变曲线研究

通常所说的应力-应变曲线为名义应力-应变曲线,它只是一种近似曲线,对实际工程问题起到一个参考作用。对工程中常用的Q235金属材料,通过单轴压缩实验并结合A/H外推法获得其真实应力-应变曲线。通过此方法可以有效的消除试件端面与压力机滑块和工作台之间的摩擦力对实验结果的影响,使之成为理想的单轴压缩状态。该方法不但简单易行,普适性强,而且具有重要的理论意义和工程应用价值。

022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢高温热变形行为

利用JMatPro11.0热力模拟软件、Gleeble-3500热力模拟试验机研究了022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的高温热变形行为,揭示了其在1000~1150℃,0.01~5 s^(-1)下的热变形特征。结果表明:022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的热变形温度应大于脆性σ相的溶解温度,即980℃;其次,材料的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。基于动态材料模型构筑了材料的热加工图,并结合微观组织进行了验证。其最佳热加工窗口为1090~1125℃、0.01~0.03 s^(-1),该区域对应的组织特征为:两相组织均匀,奥氏体相发生充分动态再结晶且组织中不存在σ相;在失稳参数1100℃、5 s^(-1)条件下,组织中两相晶粒被明显拉长且再结晶比例低,相界处的析出物易诱发裂纹。因此实际加工参数应接近最佳热加工工艺窗口,避免失稳区参数及σ相的应变析出。

Cu-0.23Be-0.84Co 合金热变形行为

为实现Cu‐Be‐Co合金连续挤压的数值模拟和制定合理的热成形工艺参数，采用Gleeble‐1500D热模拟机对Cu‐Be‐Co合金在变形温度为450℃～850℃和应变速率为0.1 s－1～10 s－1条件下的热变形行为进行研究；分析热压缩对合金组织的影响；根据Arrhenius方程对实验数据进行分析，建立Cu‐Be‐Co合金热变形本构方程。结果表明， Cu‐Be‐Co合金热变形的流变应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小，并且Cu‐Be‐Co合金在高温变形条件下发生动态再结晶。

考虑微小结构相互作用的钛及 Ti-6Al-4V 真应力-真应变曲线解析(英文)

采用能描述非均质性的具有内部长度的梯度塑性理论推导了颈缩区域的非均匀的塑性拉伸应变。描述了颈缩区域的外形轮廓,并计算了当颈缩区域的体积保持不变时的颈缩区域的塑性伸长。由于外形轮廓已被确定,因而导出了真应力的表达式。目前得到的关于真应力-真应变曲线解析解的优越性在于:所需要的参数具有明确的物理意义,如:采用软化模量描述脆性;采用弹性模量描述弹性;采用特征长度描述材料的非均质性;模型中含有标定长度可用于研究结构的尺寸效应等。将目前得到的解析解与前人通过实验得到的钛及Ti-6Al-4V 的真应力-真应变曲线进行了对比,验证了本文考虑微小结构效应及局部化颈缩的真应力-真应变曲线的解析解。另外,还发现Ti-6Al-4V 的脆性及非均质性要高于商业纯钛。前人试验发现的局部化带在2 种材料内部的传播速度的差异可以通过它们具有不同的脆性得到解释。

Mg-3.5Zn-0.6Y-0.5Zr合金高温压缩变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟实验机，研究了Mg3．5Zn-0．6Y-0．5Zr合金在变形温度为300～450℃、变形速率为0．002～1s-1及变形量为50％的条件下的高温压缩变形行为，分析了流变应力与应变速率、变形温度的关系，计算了高温变形时变形激活能和应力指数，建立了该合金的本构方程。结果表明：Mg-3．5Zn-0．6Y-0．5Zr合金在热变形过程中真应力随着温度的升高而降低，真应力随着应变速率的升高而升高。该合金的流动应力可以用双曲正弦函数来描述。

高温拉伸真应力-真应变计算分析软件开发

为从材料拉伸实验的位移-载荷图得到真应力-真应变曲线,开发只需输入拉伸机的位移、载荷、试样原始半径、伸长率、断面收缩率、标距等参数,即可得出材料高温拉伸状态下的真应力-真应变曲线的软件.结果表明,该软件能够准确得到材料高温拉伸状态的真应力-真应变曲线,克服实验条件为高温下引伸计不能添加的问题,建立部分金属材料的真应力-真应变曲线数据库.工程技术人员可以用该软件(TTCAS)分析材料在高温状态下的拉伸力学性能.

应变速率对不同钢压缩真应力-应变曲线的影响

用Gleeble 1500型热/力学模拟实验机对20Cr、40Cr和45钢进行了变形温度为1050℃,应变速率为1,5,10 s^(-1),变形量为0.7～0.9的热模拟单向压缩试验,分析了钢热变形过程中的真应力-应变曲线。结果表明:试验钢在应变速率为1,5 s^(-1)的变形过程中,均发生了动态再结晶;动态再结晶阶段具有反复动态再结晶→变形→动态再结晶即交变出现软化→硬化→软化的现象;应变速率为10 s^(-1)时,45钢发生了动态再结晶,动态再结晶阶段也具有交变软化→硬化→软化的现象,而20Cr和40Cr钢处于动态回复阶段。

真应力-应变的定义及其力学特征

材料的真应力和真应变与常用的工程应力 应变有明显的差异 ,作者从真应力和真应变的定义出发 ,论述了塑性材料在轴向拉伸条件下变形过程的力学行为 ,阐明了应变硬化、最大均匀真塑性应变、应变硬化指数的相互关系。真应力 应变曲线直观地反映了材料拉伸变形时的应变硬化行为 ,其数学表达式为Hollomon公式。由拉伸实验得到的logσ logε曲线的斜率即为应变硬化指数 ,其数值与材料拉伸变形时的最大均匀应变相等 。

正交各向异性韧性材料应力-应变关系

采用大变形弹塑性有限元方法分析了各向同性和正交各向异性韧性材料光滑圆棒拉伸试件的颈缩问题。首先给出了采用计算机模拟确定各向同性韧性材料真实应力-应变曲线的具体方法;对正交各向异性韧性材料的分析表明,颈缩截面呈椭圆形,其长短轴方向的等效塑性应变基本上均匀分布,与Bridgman假设一致;轴向拉伸载荷-位移曲线与其它两方向的各向异性参数关系不大。在此基础上,建议了一种确定正交各向异性韧性材料真实应力-应变曲线的方法。

Al-Mg-Si-Sc-Zr合金热变形行为及其热加工图

利用Gleeble-3500热模拟试验机对Al-Mg-Si-Sc-Zr合金在真应变为0. 5及不同的应变速率与变形温度的条件下进行热压缩实验,得到了高温下合金的真应力-真应变曲线,分析了应力与应变速率和变形温度之间的关系。通过对实验数据的回归分析,得到合金的本构方程以及含Z的本构方程;此外,建立了真应变为0. 5时合金的热加工图。结果表明:温度为500~540℃、应变速率为0. 05~1 s^-1和温度为440~470℃、应变速率为0. 01~0. 02 s^-1时是合金的最佳加工区域;高温高应变速率区(480~540℃,应变速率:1. 65~10 s^-1)为合金的失稳区域,在实际加工过程应尽量避免。

Ti-6Al-4V-xH合金室温应力-应变曲线数学模型

利用INSTRON-5569型电子万能材料试验机对不同氢含量的Ti-6Al-4V合金进行了室温拉伸试验。在对试验结果进行详细分析的基础上,系统地研究了真实应变和氢含量等参数与真实应力的数值关系,并建立了数学模型,为Ti-6Al-4V-xH合金室温成形工艺和数值模拟提供了依据。

淤泥土应力-应变矢量增量的真三轴试验研究

保持大主应力、中主应力不变，增大小主应力是实际工程中可能存在的一种应力路径，土石坝蓄水和土方回填等就类似这种加荷方式。就该应力路径对宁波淤泥土进行了真三轴试验，针对真三轴试验结果，对弹塑性本构关系中涉及到的应力矢量增量与应变矢量增量的方向变化规律进行了特定条件下的研究。结果表明，在这种应力路径下排水剪切，应变矢量增量与应力矢量增量的方向不仅不一致，而且与π平面上相应的径向应力路径的偏角也不一致，这种应力路径下的现象和结果是岩上塑性力学和计算上力学中极少考虑的。

MB15-RE镁合金铸坯在半固态温度下的应力-应变曲线测试与特征分析

研究了MB15-RE镁合金常规铸坯在半固态温度下应力-应变曲线变化的影响要素。通过热模拟实验,发现MB15-RE在560℃的半固态温度下应力-应变曲线均可分为3个阶段:应力上升阶段、应力下降阶段和应力稳定阶段;同时在相同应变速率下,合金温度越高,其应力峰值和稳态应力越低,表明曲线与在半固态温度下试样中固液态比例相关;在相同温度下,应变速率越大,峰值应力越大而稳态应力越小,表明了再结晶比例越高,稳态应力越低。

高温下薄壁圆筒拉伸试样的应力-应变关系研究

采用试验和有限元相结合的方法对不同温度下薄壁圆筒拉伸试样的颈缩问题进行了研究。试验结果表明,薄壁圆筒试样颈缩时,其内外径均有变化,并且外径的变化比内径的变化要大。采用有限元法对薄壁圆管拉伸试件进行应力应变分析,对最小颈缩面上的应力分布的分析表明:沿着薄壁圆筒的内壁到外壁的径向方向,应力呈减小的趋势,这与试验中薄壁圆筒首先从内壁开始破坏的结果是相符合的。比较试验所得的不同温度下的拉伸曲线与采用计算机模拟的方法得到不同温度下的应力应变关系,二者符合性较好,得出了试样在特定温度下的真实应力-应变曲线。