一种基于物理机制的后继屈服面演化模型

考虑滑移为晶体塑性的主要变形机制,推广晶体塑性理论至多晶体,建立滑移构元模型,研究了后继屈服面的移动和畸变等演化规律.基于滑移构元的潜在硬化和包氏效应的影响,后继屈服面的前端凸出,尾部缩进,呈现"前凸后扁"的特征.计算了单轴拉伸、纯扭转和拉-扭组合比例/非比例加载下的后继屈服面演化过程,与已有实验结果相符合.

多晶铜后继屈服面的试验分析

介绍用退火多晶铜薄壁管件进行拉扭组合试验的数据结果,研究拉伸预应变和扭转预应变下的后继屈服面的形状及演化趋势。通过试验分析,讨论不同的屈服点定义对后继屈服面描述的影响。所得结果表明,试验所得后继屈服面表现为与预加载方向相关;预扭转试验的后继屈服面在预加载方向上可以出现明显的尖点现象,而后继屈服面尖点与屈服定义有关;若采用平移应变法确定屈服应力,平移应变取值越大,后继屈服面在非预加载方向扩张越大且后继屈服尖点现象越不明显。

有限变形下的后继屈服面演化规律研究

有限变形下的后继屈服面会出现膨胀或收缩,移动和畸变等变形特征。基于塑性变形的滑移机制,建立了适用于有限变形条件下的多晶塑性本构模型。提出了一种混合硬化假设,可以一致描述后继屈服面演化中的等向、运动和畸变硬化以及正或负交叉效应、包氏效应等。预测了2种加工硬化铝合金(Al6061-T6511和annealed1100Al)分别在单轴拉伸和纯扭转下的后继屈服面演化过程,与已有实验结果符合一致。

双轴拉伸应力下后继屈服面的演化研究

屈服面的位置和形状直接影响着材料塑性应变的确定。针对双轴拉伸应力下金属材料的塑性行为,以一种弹塑性损伤本构理论为基础,研究了后继屈服面在拉-拉应力空间中的演化。考虑了有限变形效应和耦合硬化效应,给出了屈服面的确定方法,并预测了拉-拉应力空间中的初始屈服面(IYS)和后继屈服面,预测结果显示本文提出的理论模型能一致描述出后继屈服面演化中的前端尖点效应、尾部包氏效应、膨胀/收缩以及移动和畸变。针对两种加工硬化材料(Al 6061-T 6511和Annealed 1100Al)承受轴向拉伸、环向内压、轴向-环向混合比例加载时的后继屈服面,将模型预测的结果与文献中的实验结果进行对比。结果表明,所提模型能较好地预测后继屈服面的演化,并能分析其物理机制,为后继屈服面的演化研究提供了一种可行的方法。

应力空间和应变空间的后继屈服面演化

屈服面的位置和形状直接影响材料塑性应变的确定。考虑滑移是晶体的主要塑性变形机制,介绍了晶体塑性理论的推广——滑移构元模型,研究了应力空间和应变空间的后继屈服面演化。给出了确定应力空间和应变空间屈服面的数值计算方法,提出一种考虑屈服面畸变变形的混合硬化假设,可以描述应力空间和应变空间后继屈服面的移动和畸变变形。通过计算1100-O铝在纯扭转和拉扭组合加载下(σ11-σ12)空间和(ε11-γ12)的后继屈服面演化,与已有实验结果吻合。研究结果表明,无论是在应力空间还是应变空间,后继屈服面"前凸后扁"的变形特征可基于滑移构元的潜在硬化和包氏效应来描述。

多晶Cu在双向加载下的后继屈服与塑性流动分析

采用晶体塑性理论并结合多晶集合体模型来研究多晶Cu的塑性变形,用双向加载方式模拟材料的双向应力状态和分段加载路径,得到了材料的初始屈服面及在预剪切和预拉伸2种情况下的后继屈服面.通过对后继屈服面形状及其演化趋势的研究,探讨了用晶体塑性理论分析多晶材料塑性流动规律的方法.结果表明:后继屈服面的形状和是否出现尖角与屈服点的定义有关,同时还与π平面上的预加载方向有关;通过对多晶集合体代表性单元的塑性流动方向与后继屈服面法向的差异进行统计分析,发现塑性流动的正交性不仅与屈服定义相关,也与预加载方向有关.

45号钢后继屈服与塑性流动试验的Chaboche模型分析

为检验Chaboche率相关本构模型对材料屈服与塑性流动行为的描述能力,编写了ABAQUS材料用户子程序UMAT,结合预拉伸变形后的45号钢拉扭组合试验,用Chaboche粘塑性模型进行了宏观尺度的材料屈服特性和塑性流动规律的数值分析。该模型可以准确的描述材料不同应变幅值的试验循环滞回特性;当用较大平移应变定义屈服时,试验和数值模拟得到的后继屈服面形状均接近于圆;用较小平移应变定义屈服时,Chaboche模型计算的屈服面与试验得到的后继屈服面形状差异较大。模拟计算的塑性流动方向符合正交流动法则,而试验测得的塑性流动方向和正交方向存在一定偏差,定义屈服的平移应变越小,两者偏差越大。研究结果表明:Chaboche塑性本构模型能够描述较大平移应变定义的屈服面的膨胀和移动,但不能描述小平移应变定义的屈服面的形状变化。

软弱岩石峰后应变软化力学特性研究

软弱岩石给采矿工程中巷道支护和维护带来一系列棘手的问题,深入研究软弱岩石受力变形、破坏的机制和规律,对于保证巷道围岩的安全和稳定具有十分重要的意义。通过对软弱泥岩进行常规三轴压缩试验,得到不同围压下的全应力–应变关系曲线,然后依据峰后岩石任意一点应力状态均满足Mohr-Coulomb极限破坏条件的假设,建立以广义黏聚力■和广义内摩擦角■两个状态参数来表征的软弱岩石后继屈服面模型。在此基础上,利用试验数据绘制岩石峰后不同软化状态时的几组莫尔应力圆,通过"切线法"得出莫尔强度包络线的拟合方程,进而确定出不同围压条件下的■和■值,并借助Matlab软件对广义黏聚力■、广义内摩擦角■与等效塑性剪切应变、围压之间的关系进行最小二乘曲面拟合,得出软弱岩石峰后力学参数的软化规律,结果表明:随着围压的增加,广义黏聚力c值呈快速增加的趋势,而广义内摩擦角■值则显著减小;广义黏聚力■受岩石软化程度的影响也十分明显,从岩石峰值状态到残余状态■值迅速降低,平均降低53.88%,而广义内摩擦角■值在该软化过程中则基本保持稳定。最后,将得到的广义黏聚力■和广义内摩擦角■的拟合方程嵌入到FLAC内置应变软化本构关系中,并利用FLAC3D软件对模型的正确性进行数值模拟验证,结果表明数值模拟曲线与试验曲线比较吻合。

多晶Cu屈服及后继屈服拉扭实验的晶体塑性数值分析

针对预拉伸和预扭转变形后的拉扭组合实验,用多晶集合体模型为代表性单元,结合晶体塑性理论对多晶Cu进行了晶粒尺度的屈服特性研究,采用子模型法对晶粒尺度的代表性单元模型和多晶Cu试样拉扭实验进行跨尺度材料力学行为分析.结合对多晶集合体的后继屈服面形状及演化趋势的研究,探讨不同加载路径和不同屈服点定义对材料后继屈服面的影响;通过对不同加载路径多晶Cu非均匀性的统计分析,探讨加载历史对多晶材料细观塑性变形不均匀性的影响.分析结果表明:后继屈服面的形状和尖角效应的出现与预加载方向和屈服定义有关;加载路径不同,多晶体内变形不均匀性的差异很大.运用子模型的晶体塑性模拟与后继屈服实验的结果有较好的一致性.

各向同性非密实金属的塑性流动理论模型及验证

目前已有较多各向同性非密实金属(如泡沫金属、多孔金属和晶格金属等)的力学特性和本构方程的相关研究,然而各种理论模型所呈现的后续屈服面仍存在较大争议,并且它们尚未在许可加载空间得到充分验证。我们基于各向同性非密实金属的两个基本假设,提出了一种新的塑性流动理论模型。为了验证该理论模型的合理性,我们构建了两个不同相对密度和不同细观结构的仿真模型,并在许可主应变空间中进行了大量数值模拟试验.我们的理论模型解决了现有理论中存在的一些争议,并且使得等效应力、等效应变和本构方程无缝地适应从非密实到密实状态的变形过程。数值结果表明,相比已知模型,我们的理论模型得到的等效应力与等效塑性应变间的关系在多轴加载下具有更好的一致性。此外,我们还检查了塑性主应变空间中后续屈服面的拓扑结构,发现不同后继屈服面之间并不满足自相似性。本文中大量数值测试数据既验证了我们的理论模型的有效性,同时也为研究非密实金属的多轴力学行为提供了重要依据.