316LN钢裂纹萌生的临界损伤值

利用Gleeble-1500D热力模拟试验机,对316LN钢进行变形温度为950℃～1200℃,应变速率为0.005s-1、0.05s-1、0.5s-1和1s-1的高温拉伸实验,得到不同变形条件下的真应力-真应变曲线;根据曲线做拉伸卸载实验,利用光学显微镜(OM)观察空洞萌生,确定空洞萌生应变。采用Normalized Cockcroft&Latham准则,用DEFORM 2D模拟高温拉伸变形过程,通过实验与数值模拟结果对比,得到了在不同变形条件下裂纹萌生的临界损伤值。该临界损伤值受温度和应变速率的影响,随着温度的降低而增加,随应变速率的增加而增加。该值的确定,对316LN钢锻造裂纹的预测及锻造工艺的制定具有指导意义。

支承辊材料45Cr4NiMoV钢高温临界损伤值测定方法与试验

45Cr4NiMoV钢是大型支承辊的重要材料,其热态成形过程中容易产生裂纹缺陷。深入研究该零件的裂纹形成机理,并对其进行精确预测具有重要意义,而材料的临界损伤值是预测该零件高温裂纹的重要判据。文章基于Normalized Cockcroft&Latham损伤模型,对临界损伤值的实验测定方法进行了理论分析与研究,采用GFL(Gleeble Fracture Limit)方法对45Cr4NiMoV钢高温临界损伤值进行了测定。实验测得,在变形温度为1100℃、应变速率为0.01s-1的条件下,45Cr4NiMoV钢的临界损伤值为0.63。

应力三轴度对316LN钢临界损伤值的影响

利用Gleeble-1500D热模拟机对316LN钢做温度1 050℃、应变速率0.5s-1的高温拉伸试验,试样尺寸Φ10mm×121.5mm,缺口半径分别为0.5mm、1mm、2mm和4mm,得到不同缺口半径试样的真应力-真应变曲线。通过数值模拟得到试样初始拉伸时的应力三轴度最大值及空洞形核时的临界损伤值,结果表明,缺口试样的临界损伤值随应力三轴度的增大而增大,即应力三轴度越大,裂纹越不容易萌生。通过对实验数据和模拟结果的回归分析,建立应力三轴度与空洞形核应变的定量关系模型。

2A12铝合金临界损伤值测定及试验验证

基于Normalized Cockcroft&Latham损伤准则,采用Gleeble Fracture Limit(GFL)试验方法测定了2A12铝合金在常温及应变速率为0.01、0.1、1和5 s^-1条件下的临界损伤值,研究了应变速率对2A12铝合金临界损伤值的影响。为验证试验测定的临界损伤值的准确性,以应变速率1 s^-1为例,利用高速摄像系统以100 fps的速度原位观测缺口试样在压缩过程中的动态损伤开裂行为,标定了裂纹萌生时刻的临界变形量为57.2%,结合数值模拟方法反推试样达到临界变形量时的最大损伤值即为材料的临界损伤值。结果表明,GFL试验测定的临界损伤值与数值模拟得到的临界损伤值的相对误差为0.3%,因此采用GFL试验方法测定的临界损伤值比较准确。

DT14钢高温临界损伤值测定与计算机模拟

采用Gleeble Fracture Limit方法对DT14半钢材料的高温临界损伤值进行了测定,基于Normalized Cockcroft&Latham损伤模型,得到了变形温度为750~1200℃、应变速率为0.01 s-1条件下DT14钢的临界损伤值为0.42~0.52。对实际生产的锻造过程进行了计算机模拟研究,模拟结果表明:镦粗时材料的损伤值最大为0.397,材料处于安全范围内;后续拔长及最后出成品时,在坯料圆角处及底部区域、辊颈与辊身的圆角处损伤值超过了材料的临界值,材料开裂的倾向较大。

316L不锈钢压缩热变形行为及临界损伤值研究

Deform-3D材料库中材料的力学性能与实际生产差别较大,直接利用其性能参数进行模拟,误差较大。利用实验数据进行模拟,可以使模拟结果更加准确和接近生产。采用Gleeble-1500D热模拟实验机对316L不锈钢进行高温压缩实验,分析了温度和应变速率对316L不锈钢高温力学性能的影响。并分别利用材料库中316L不锈钢力学性能数据和实验数据进行了压缩热变形模拟,分析了两种情况下的行程-载荷曲线和应力分布云图,并根据实验数据的模拟结果分析了316L不锈钢的临界损伤值。结果表明：应变速率一定时,热变形抗力随变形温度升高而降低;变形温度一定时,热变形抗力随应变速率增加而增大。应变速率为0.25 s-1时,316L不锈钢的临界损伤值在0.1604~0.2369之间。

均质砂岩损伤临界值的研究及SHPB试验验证

砂岩在冲击荷载下,损伤量D通常在小于1的情况下就发生破坏,存在损伤临界值.本文首先根据分形几何理论和砂岩结构特征,建立2×3的元胞模型,理论解析出砂岩的不稳定损伤临界值为0.4,阶段变化的损伤临界值为0.119.然后通过直径50mm的SHPB试验结果分析,表明在砂岩动态损伤演化过程中有两个临界点,第1点为从线形损伤阶段到加快损伤阶段的临界点,对应的损伤量约为0.1;第2点为从损伤阶段到破坏阶段的临界点,对应的损伤量约为0.4,与理论研究十分吻合.该研究揭示了砂岩在损伤演化过程中发生破坏的临界问题.

12%Cr超超临界转子钢锻造裂纹机理分析及损伤模型建立

针对12%Cr超超临界转子钢锻造表面裂纹严重的问题,从变形条件及应力-应变状态的角度出发,基于热拉伸实验获取了相应条件下的应力-应变曲线。通过分析断口形貌,判断了12%Cr超超临界转子钢高温拉伸断裂为典型的韧性断裂,并分析了锻造裂纹的产生与析出相的关系。通过观察试样断口切片,发现了大量相互缠结的位错,这些相互缠结的位错也是导致金属断裂的原因。通过对临界损伤值的比对发现,在应变速率为0.5 s^(-1)、温度为1100~1200℃时锻造最不易产生裂纹;在Normalized Cockcroft&Latham损伤模型的基础上引入温度补偿的应变速率因子Zener-Hollomon参数,建立了临界损伤值与Zener-Hollomon参数的关系式,得到考虑了温度和应变速率综合影响的高温损伤模型。

深部硬岩脆-延性转化行为的细观损伤模型

既有试验研究表明,在压缩荷载作用下,围压对低孔隙率硬岩的强度、破坏模式、剪胀性等具有重要影响。在围压不断增大的条件下,硬岩的破坏特性将呈现由脆性向延性转变的趋势。本文基于细观力学方法分析硬岩的脆-延性破坏机理,探究脆-延性转化过程中非弹性变形、损伤与围压的定量关系,继而构建细观损伤力学模型以描述深部硬岩在不同压缩荷载作用下的脆-延性转化力学行为。为了验证所构建模型的合理性和有效性,通过UMAT子程序将其嵌入有限元软件Abaqus模拟低孔隙率砂岩(围压10~120 MPa)和Tavel石灰岩(围压10~150 MPa)在常规三轴加载下的力学行为。对比发现,数值模拟结果与试验数据具有较好的一致性,说明细观损伤力学模型能够较好地捕捉硬岩随着围压增加表现出的从脆性到延性转化的力学特性,也初步表明基于细观力学的分析方法可以为解译深部岩石的力学行为提供理论支撑。

基于塑性损伤阈值的镁合金构件成形工艺优化

以材料的临界损伤阀值为评判依据,采用数值仿真技术进行AZ80镁合金盖形件成形工艺优化。结果表明:采用坯料一道次挤压成形时,在反挤压成形盖形件外端直臂部位的损伤值超过材料的的塑性变形临界损伤阈值,产生塑性变形缺陷;采用两道次挤压成形时,盖形件挤压成形的最大损伤阈值降低到20,远低于材料塑性变形的临界损伤阈值,保证了盖形件的无缺陷成形。在此基础上,确定了该盖形件的优化成形工艺。

42CrMo高温塑性损伤机理及损伤模型

以42CrMo钢为研究对象,在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行高温拉伸实验,研究了变形温度为900℃、950℃、1 000℃、1050℃、1100℃、1150℃,应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1条件下的高温变形行为,采用Gleeble Fracture Limit(GFL)方法得到相应的应力、应变参数,基于Normalized Cockcroft&Lathamm损伤模型,计算得到不同变形温度和不同应变速率时的临界损伤值,考虑变形温度和变形速率对临界损伤值的影响引入了Zener-Hollomon参数,得到临界损伤值与lnZ值之间的高温损伤模型。采用扫描电镜对拉伸断口进行断口形貌观察,发现大量韧窝及夹杂物的存在,分析得到该断裂机制为韧性断裂。

金属材料疲劳累积损伤引起的强度衰减分析

用连续介质损伤力学的方法推导了非线性损伤发展方程 ,考虑了加载过程应力与损伤的完全耦合效应 ,计及了疲劳加载循环周内和循环周间损伤累计非线性效应的完全非线性疲劳累计损伤 。

基于改进Harris函数的砂岩损伤本构模型研究

岩石损伤量在岩石损伤的过程中是个动态变化量,通过改进Harris函数,建立了在三维应力作用下岩石损伤本构模型,并通过砂岩的三轴试验确定了模型参数,定性分析了围压、临界损伤值、峰值应变三者间的关系。研究结果表明:1基于改进的Harris函数所建立的砂岩损伤本构模型曲线与实测曲线拟合较好,有良好的适用性;2同一种岩石在不同围压下,临界损伤值不是固定值,它从侧面反映出岩石自身的力学性能与岩石所处的三维应力状态有关;3围压增大,临界损伤值也相应地增大,证明围压对岩石的破坏有抑制作用。分析结果对研究三维应力状态下岩石的损伤破坏机理有一定借鉴意义。

7075铝合金高温变形及损伤极限

在350、400和450℃温度下,对7075铝合金拉伸试样进行了应变速率0.001、0.01和0.1s-1的恒应变速率法拉伸试验;对预缩颈试样进行了速度为0.9和9mm·min-1的恒速拉伸试验;利用DEFORM-2D有限元软件对恒速拉伸过程进行模拟。结果表明:变形温度为影响7075铝合金断裂极限的主要因素;7075铝合金在研究温度范围内C^L损伤模型临界损伤值在0.79~1.42范围内变化;棒料拉伸过程中损伤值由中心向表面逐渐减小。

基于CT单向压缩试验的冻结重塑兰州黄土损伤耗散势研究

首先分析了冻土损伤的物理本质,然后在改进了的与CT试验机配套使用的三轴试验仪基础上,进行了一系列的单向压缩试验过程的CT扫描,获得了冻结重塑兰州黄土试样的屈服应变、损伤应变临界值、破坏应变临界值;发现如果用塑性应变表示损伤阈值,则温度越低、试样的损伤阈值越大;最后通过CT数定义损伤变量,获得了冻结重塑兰州黄土的损伤演化规律和损伤耗散势函数。

基于能量-变形准则的钢筋混凝土柱地震损伤概率性能水准研究

为了正确评估钢筋混凝土(RC)柱构件损伤破坏程度,建立RC柱合理的损伤性能水准。首先依据钢筋混凝土柱的破坏全过程,定义出5个性能水准。其次,基于大量的方柱和圆柱的试验结果,利用Park-Ang损伤模型计算上述两类截面RC柱各性能点的损伤值。采用概率统计分析方法,计算得到每个性能点处具有95%保证率的损伤上限值,以此作为损伤性能水准的临界损伤值。最终,由此建立了RC柱的损伤性能水准。

基于最小耗能原理的岩块损伤演变研究

以岩块的各向同性弹性损伤为例,提出了一种基于最小耗能原理建立损伤演变方程的新思路,并推导得到了岩块在单向压缩下的损伤演变方程及临界损伤值。

红色粘性土边坡稳定性损伤评价

以简化Bishop法为基础,利用Matlab计算程序,求解红色粘性土的临界含水率,进一步求出临界损伤变量值。计算结果表明:临界损伤变量之大于1,不同于极限安全系数等于1,临界损伤值随击数的增加而变大,边坡稳定性可以用临界损伤变量来评价。

苹果采后加工碰撞损伤影响因素研究

针对苹果在清洗、分级和包装等采后加工过程中损伤率较高的问题,以红富士苹果为试验材料,利用自制的苹果跌落试验台,研究跌落高度、果实质量、碰撞材料对苹果碰撞损伤的影响。通过3因素3水平正交试验,分析试验因素对苹果碰撞损伤体积影响显著性;并通过试验确定苹果在2种碰撞材料下的碰撞损伤临界跌落高度。试验结果表明:影响苹果碰撞损伤体积的因素显著性由高到低依次为跌落高度、碰撞材料、果实质量;3种质量苹果与2种碰撞材料的碰撞损伤临界跌落高度为150 g苹果与普通碳素钢、PE板碰撞损伤临界跌落高度值分别为59.06 mm和70.93 mm;200 g苹果与普通碳素钢、PE板碰撞损伤临界跌落高度值分别为51.70 mm和63.03 mm;250 g苹果与普通碳素钢、PE板碰撞损伤临界跌落高度值分别为41.65 mm和49.88 mm。

考虑残余强度的岩石热损伤统计本构模型研究（英文）

随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,资源开采不断走向地球深部,模拟深部高温高压条件下岩石应变软化变形破坏行为是岩石力学研究的重要内容。本文基于Lemaitre应变等价性理论,结合统计学和损伤力学,同时引入损伤变量修正系数考虑岩石残余强度对峰后曲线的影响,建立了三轴压缩条件下岩石热力耦合统计损伤本构方程,并通过试验验证模型的合理性。研究结果表明:温度–荷载总损伤演化曲线反映了岩石内部微裂纹闭合、萌生、扩展、贯通、直至出现宏观裂纹的全过程;岩石的热损伤变量随温度的升高呈logistic函数增长;同等应变情况下,损伤变量随围压的升高而减小,通过研究岩石破裂后SEM电镜图片,推断出35.40MPa是花岗岩的脆塑性转换临界围压;模型分布参数F反映了岩石的平均强度,m反映了岩石应力–应变曲线的形态特征。该模型不仅能反映温度、围压对岩石损伤的影响,而且能较好地反映岩石峰后残余强度阶段变形特征,模型参数物理意义明确,适用于复杂应力状态情况,这对于研究深部岩石损伤软化问题具有重要的意义。