聚碳酸酯非比例多轴棘轮行为的实验研究

在室温下,对聚碳酸酯进行了一系列非比例加载路径下的循环变形实验。首先讨论了不同非比例路径对聚碳酸酯多轴棘轮行为的影响,其次讨论了轴向平均应力和应力幅值及其历史的影响。实验结果表明:聚碳酸酯在不同非比例路径下均产生了明显的棘轮行为,且棘轮变形的大小明显依赖于加载路径的形状;非比例多轴棘轮行为明显地依赖于轴向平均应力和应力幅值的大小及其历史。

304不锈钢高温多轴非比例循环棘轮行为的粘塑性本构描述

对304不锈钢600℃下的非比例循环棘轮行为进行了系统的实验研究,在统一粘塑性循环本构模型的框架下对其进行本构描述.模型中,通过随动硬化背应力演化和各向同性变形阻力演化,对304不锈钢在非对称应力循环下的循环附加硬化和循环流动特性进行模拟.在等温条件下,在各向同性变形阻力演化方程中引入温度项来考虑温度效应.在随动硬化背应力演化方程中引入动态恢复项的衰减系数,反映材料在特定温度范围(500～600℃)下特殊的背应力动态恢复特征.定义了一个新的非比例因子,讨论了非比例加载路径对棘轮行为的影响.引入最大应变幅值衰减记忆函数 (q)和最大各向同性变形阻力衰减记忆系数ω反映加载历史对循环棘轮行为的影响.将模型应用于304不锈钢高温多轴循环棘轮行为及其对加载历史依赖性的描述中,预言结果与实验结果吻合较好.

内压直管对称循环弯曲棘轮效应实验研究

利用多轴疲劳实验机及自行设计的准三点弯曲实验装置,对20钢直管在不同内压与不同循环弯曲载荷下进行棘轮应变测试。棘轮应变由应变计检测,直管径向变形由自行设计的径向位移引伸计检测。实验发现,内压直管在一定循环弯曲载荷作用下,将首先沿环向产生棘轮应变,随着载荷的增加,轴向也将产生棘轮应变,但较环向小。随着棘轮应变的产生,直管圆截面变为椭圆截面。无论是不同试件,还是同一试件的多载荷步实验,均发现相同内压下,循环弯曲载荷增大,棘轮应变速率增大;相同循环弯曲载荷下,内压增大,棘轮应变速率增大。多载荷步加载时,以往棘轮应变会降低应有的棘轮应变速率,尤其在较大的载荷下先发生棘轮应变后,这种影响十分明显。利用直管准三点弯曲实验装置,确定内压直管循环弯曲的棘轮边界。

考虑棘轮效应的疲劳寿命预测方法

多轴棘轮加载时轴向加载的恒定应力、剪切应变幅对轴向棘轮应变和疲劳寿命有很大的影响。考虑棘轮效应影响的Coffin模型将棘轮效应与循环部分相结合来计算疲劳寿命,预测结果较好,绝大部分预测结果分布在2倍分散带内。

内压圆筒斜接管在面内循环弯曲载荷作用下的棘轮效应研究

利用自行设计的圆筒斜接管面内弯曲加载装置,采用电阻应变法,在多轴疲劳实验机上对面内循环弯曲载荷作用下的20#钢内压圆筒斜接管进行了棘轮效应试验研究,发现斜接管结构的锐角区存在棘轮应变,且主要发生在第一主应变方向即指向焊缝的方向。对于所研究的结构,最大棘轮应变点出现在对称面锐角区的接管侧。采用阶梯加载的方法获得了结构的棘轮边界点。利用修正的Jiang-Sehitoglu随动强化模型(MJS)对结构进行了循环塑性分析,并按日本三维有限元应力评价委员会(C-TDF)提出的等效塑性应变增量控制法确定了结构棘轮边界线,可用于评价结构的塑性安定性。

内压圆筒斜接管结构的棘轮效应分析

利用自行设计的圆筒斜接管面内弯曲加载装置,采用电阻应变法,在多轴疲劳实验机上对循环弯曲载荷作用下的20~#钢内压圆筒斜接管结构进行了棘轮效应试验,发现斜接管结构的锐角区存在棘轮应变,且主要发生在第一主应变方向即指向焊缝的方向.对于所研究的实验结构,最大棘轮应变点出现在对称面锐角区的接管侧.采用阶梯加载的方法确定了各考察点的棘轮边界.选取4种典型的随动强化模型,借助ANSYS软件的二次开发对面内循环弯矩作用下内压斜接管结构的棘轮效应进行数值模拟,发现Ohno-Wang模型及基于Ohno-Wang模型的改进模型对棘轮应变的预测较为准确.采用MJS（modifed、Jiang-Sehitoglu）模型按等效塑性应变增量控制法得到了与实验结果基本吻合的各考察点的棘轮边界,并根据最大棘轮应变点的数据确定了结构的棘轮边界,可用于该结构的塑性安定性评价.

循环弯矩作用下内压斜接管结构棘轮效应的数值分析

通过ANSYS软件二次开发将MJS随动强化模型嵌入到执行程序.利用有限元方法,对受面内循环弯矩的内压斜接管结构进行循环塑性分析.计算结果表明,在一定载荷作用下,斜接管根部的锐角侧有较大的塑性应变累积,且塑性应变区域随加载次数增加而增大.分析发现,最大棘轮应变点的棘轮应变沿多个方向发生,第一主应变方向位于纵向对称面内,棘轮应变可用等效塑性应变描述.通过计算不同载荷下棘轮应变速率,采用MJS模型按照C-TDF方法得出了结构的棘轮应变边界,可供工程设计参考.

不同循环加载条件下镁合金AZ21腐蚀疲劳行为

镁合金作为结构件承受多轴复杂载荷,其失效形式多为多轴疲劳失效。为澄清复杂载荷下镁合金的腐蚀疲劳行为,本文在磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffered solution,PBS)中对镁合金AZ21的多轴循环疲劳行为进行了研究,通过分析镁合金应力应变滞环及峰值应变的演化规律,揭示了不同加载路径和腐蚀环境耦合作用下材料的变形主导机制。腐蚀环境中的疲劳试验结果表明,在相同等效应力幅下,非比例加载路径下镁合金AZ21在PBS腐蚀环境中的寿命较单轴拉伸、纯扭路径显著降低。采用Basquin公式预测了镁合金AZ21在复杂载荷和PBS腐蚀环境耦合作用下的疲劳寿命。通过将路径非比例度的概念引入对Basquin公式进行修正,可合理预测相同加载幅值下圆形路径和菱形路径作用时镁合金AZ21在PBS腐蚀环境中的疲劳寿命。