基于小冲孔试验的工业纯钛塑性强化与损伤效应研究

为了探究塑性变形对TA2的塑性强化与损伤效应,开展了不同塑性变形量下TA2的小冲孔试验。结果表明,在15%塑性变形量以内,小冲孔试验强度参量表明塑性变形对TA2起到了强化效应,屈服强度和抗拉强度均提高,强化率分别为12.8%和10.9%,屈强比基本保持不变;当塑性变形量达到15%,屈服强度增幅减小,而抗拉强度有所下降,致使屈强比不断增大直到趋近于1。因此在小的塑性变形范围内,有利于TA2的塑性应变强化,但当塑性变形量超过15%后,塑性变形产生的强化效应不再显著,而塑性损伤趋于明显,导致材料的韧性下降。最后,基于微观组织分析可以发现,在15%塑性变形量以内,强化的原因是孪晶组织作用;塑性变形量超过15%时,塑性损伤的原因一方面是在塑性强化过程中消耗了晶粒的部分可变形量,另一方面是在晶界处产生了大量滑移带的堆积,造成了材料韧性的下降。

焊接结构拉伸强度及蠕变性能的小冲孔评价研究进展

作为一种微试样试验技术,小冲孔试验不仅试样体积微小,适用于复杂结构局部性能的分析,而且能够满足不同温度及介质环境下的材料力学性能试验要求。近年来,在材料蠕变性能、拉伸性能、断裂性能评价等方面都受到了学者们广泛关注。随着小冲孔试验技术的快速发展,如何利用该技术实现焊接接头性能的准确评价成为了亟待解决的问题。本文针对焊接接头拉伸强度及蠕变性能的小冲孔评价研究进展进行了综述,阐述了小冲孔试验技术在不同焊接结构中的应用,并总结了焊接接头拉伸强度(屈服强度、抗拉强度、断后延伸率)的小冲孔评价方法以及高温条件下焊接材料蠕变应力、应变参数与小冲孔蠕变参量之间的关系,分析了目前研究中的难题,进而对小冲孔试验技术评价焊接结构性能的研究前景进行了展望,以期为相关技术的进一步发展提供参考。

基于PSO-BP神经网络的小冲孔蠕变寿命预测模型

为提高小冲孔蠕变寿命预测的准确性,选取温度、载荷参数作为预测模型的输入参数,利用粒子群算法(PSO)优化神经网络权值和阈值,建立基于PSO-BP神经网络的小冲孔蠕变寿命预测模型。使用MATLAB建立优化后的预测模型,并与传统BP神经网络预测的结果进行对比。结果表明:粒子群优化的神经网络有效提高了预测模型的准确性和稳定性。可见,PSO-BP小冲孔蠕变寿命预测模型是合理、可行的,为小冲孔蠕变寿命预测提供了一种简单可行的思路和办法。

基于小冲孔试验的2205双相不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂行为

在含有H^(+)的混合海水溶液中采用小冲孔应力腐蚀试验方法对2205双相不锈钢焊接接头不同区域的应力腐蚀开裂敏感性进行了研究。基于小冲孔试验的载荷-位移曲线建立了应力腐蚀开裂敏感性系数计算方法,并依托小冲孔试样毫微取样的优势对比了母材区、热影响区和焊缝区应力腐蚀敏感性的差异。从宏观断口与微观断口两方面分析了断裂机理。结果表明:焊缝区的应力腐蚀开裂敏感性均高于母材区和热影响区,焊缝区在海洋环境中更易发生应力腐蚀开裂。小冲孔应力腐蚀试验方法是一种评价焊接接头不同区域应力腐蚀开裂现象的有效方法。

小冲孔试验法的起源、发展和应用

起源于 8 0年代的小冲孔试验法具有无损取样的综合优势 ,能够利用尺寸极其微小的试样对服役材料进行失效分析和寿命评估。利用经验和分析的数据处理方法 ,它已成功地测试出多种材料的强度、塑性或延性指标 ,韧脆性转变温度DBTT(或FATT) ,断裂韧度KⅠC或JⅠC等 ,并具有潜在的评定其他力学性能 (包括蠕变性能、持久强度等 )的能力。由于小冲孔试样应力状态的高度不均匀 ,目前的工作集中在如何通过经验数据的积累和使用系统分析方法来提高与传统试样相关的准确性上。

小冲孔试样高温蠕变损伤的有限元分析

基于小冲孔蠕变试验 ,建立 1Cr0 .5Mo耐热钢小冲孔蠕变试样的有限元模型。应用改进的K R蠕变损伤本构方程 ,分析在 5 5 0℃、恒载荷条件下的试样中心挠度、应变等随时间的变化规律以及试样蠕变损伤的发展与断裂过程。计算结果表明 ,整个试样的损伤在中心位置比较严重 ,且呈现明显的局部化特征 ;试样的失效首先发生在下表面上 ,离试样下表面中心约 0 .8mm 。

小冲孔试验技术研究及其应用

小冲孔试验(SPT)技术在材料力学性能测试中得到了广泛的发展和应用.回顾小冲孔试验在测试材料的屈服强度、抗拉强度、韧脆转变温度、断裂韧性及蠕变特性等方面所取得的成果;根据已获得的试验数据和建立的理论模型可见,小冲孔试验与传统试验方法之间存在着很好的关联性;同时,小冲孔试验技术因为所需试样尺寸微小而具有对材料近乎无损的优越性,在材料力学性能测试和高温构件寿命预测等方面具有广泛的应用前景.

304不锈钢小冲孔蠕变试验与损伤数值模拟研究

对304不锈钢进行了恒定温度下多种载荷的小冲孔蠕变试验,在此基础上建立了304不锈钢小冲孔蠕变试样的有限元模型。应用改进的K-R蠕变损伤本构方程,分析了在650℃、恒载荷条件下的试样中心挠度、应变等随时间的变化规律以及试样蠕变损伤与位置的关系。结果表明,试验与数值模拟结果基本一致,试样中心蠕变曲线都具有明显的三个阶段,与单轴试验的应变曲线十分相似。整个试样在中心损伤比较严重,呈现明显局部化特征。试样的失效首先在下表面,距试样中心约1/10处,这与试验观察到的试样颈缩部位完全一致。

SUS304材料的小冲孔蠕变试验研究

小冲孔蠕变试验技术是一种采用微小试样、近乎无损地评定材料高温力学性能的新方法,本文应用小冲孔蠕变试验技术评定SUS304材料的高温力学性能。在不同温度下,对SUS304奥氏体不锈钢进行载荷范围为443N～513N的小冲孔蠕变试验,得到材料在不同试验条件下的蠕变曲线,通过中断试样的扫描电镜观察分析了试样的变形过程,讨论了影响小冲孔蠕变试验的主要因素。试验结果表明,从小冲孔实验获得的蠕变曲线与传统单轴拉伸蠕变实验的蠕变曲线具有一致性,都具有三个明显的蠕变阶段,利用小冲孔蠕变试验技术测试材料的高温性能是可行的。试验载荷越大,试样瞬时变形挠度越大,蠕变第二阶段速率越快,断裂时间越短。载荷、温度、试样厚度、环境是小冲孔试验的主要影响因素,对试验结果影响很大。

基于塑性损伤数值分析的小冲孔试验影响因素研究

基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)塑性损伤本构方程,建立了小冲孔试验试样损伤分析的有限元模型。针对尺寸为10mm×0.50mm的SUS304不锈钢圆片状试样进行了常温小冲孔试验。试验和有限元分析所得到的载荷-位移(Load-displacement,L-D)曲线和试样破断位置一致,从而验证了有限元模型的有效性。进一步应用所建立的有限元模型系统地分析了摩擦系数、试样厚度、钢球直径、下模孔径以及冲压速率等因素对小冲孔试验结果的影响。研究结果表明:上述因素对L-D曲线、最大载荷、试样破断时间以及启裂和颈缩位置有显著影响,克服了目前小冲孔常温试验模拟中存在的不足,所得结论为今后的小冲孔试验技术发展提供了技术指导。

小冲孔试样弹塑性蠕变损伤的有限元分析

综合考虑了小冲孔试样实验过程中的弹性、塑性及蠕变等因素,采用了Mises型流动法则和改进的K-R蠕变损伤本构方程,建立了ABAQUS有限元模型,模拟计算了550℃三种载荷条件下,Cr5Mo试样的弹塑性蠕变过程,分析试样的中心蠕变挠度、蠕变应变随时间的变化规律,当量应力的分布情况,以及试样的蠕变损伤与位置的关系,同时分析了挠度与应力对网格的敏感性。结果表明:模拟结果与实验结果很接近,且与单轴实验的应变曲线十分相似;整个试样在中心损伤比较严重,呈现明显局部化特征;讨论了试样网格的敏感性,试样半径方向0mm^1mm之内应力变化幅度比较大(除约束点),并且应力的最大值也出现在这个区域,在这个区域进行网格细化提高计算的精确性,而其他区域采用粗网格减少计算成本,达到精确性和经济性的平衡。径向上网格大小对挠度影响比较大,应力对网格大小不敏感。

小冲孔蠕变试验技术及其应用研究进展

回顾了小冲孔蠕变试验技术的发展及应用 ,介绍了典型小冲孔蠕变试验装置的组成及结构 ,指出了小冲孔蠕变试验技术存在的问题及其应用前景。

R60702锆材小冲孔蠕变特性

小冲孔蠕变试验技术是一种采用微小试样、近乎无损地评定材料高温力学性能的新方法.为了研究R60702锆在200℃下蠕变特性,对R60702锆材试样进行了载荷为454-572 N的小冲孔蠕变试验,得到了R60702锆材试样蠕变挠度-时间曲线.结果表明：R60702锆材在200℃时存在着明显的蠕变现象,而且在载荷水平较高时具有明显的蠕变曲线三阶段的特征;建立了一种新的Norton方程关系式ε^c=A（σ-σcon）^n;R60702锆材在200℃时的蠕变机理为位错蠕变.

服役材料寿命预测的小冲孔蠕变试验研究

为了尝试将小冲孔试验技术应用于服役设备寿命预测,对服役后的Cr5Mo以及12Cr1Mo V进行不同载荷下的小冲孔蠕变试验,与常规单轴蠕变试验结果比对,建立了服役材料的小冲孔蠕变寿命分析方法。分析结果表明:高温、恒载下小冲孔曲线存在明显的蠕变减速、恒速、加速阶段,小冲孔试验具有替代传统蠕变试验的能力。随着载荷的增大,小冲孔稳态蠕变速率不断增加,而蠕变断裂时间则逐渐缩短。稳态蠕变速率与载荷之间可以使用Norton方程表示,而断裂寿命则与小冲孔载荷之间则存在幂函数关系。基于Larson-Miller法,建立蠕变断裂寿命与温度、载荷之间的参数化关系从而实现基于小冲孔试验的服役材料蠕变寿命外推。

基于GTN模型的小冲孔高温拉伸性能表征

由于常规高温性能测试试验时间周期长,而小冲孔试验简单便捷,并且更适用于微小对象的研究.本文针对新型奥氏体耐热钢Sanicro25,进行了不同速率下小冲孔高温拉伸试验,提出了新的抗拉强度计算公式,计算精度高;观察小冲孔试样扫描电镜断口形貌,发现主要是韧性断裂形式,和单轴拉伸结果相似;采用ABAQUS软件结合适用于金属韧性断裂损伤的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型对小冲孔拉伸过程进行了数值分析,采用分段优化和最小二乘法等获得了改进的GTN模型的不同参数值,最终模拟结果与试验结果相近;在对小冲孔变形过程分析中,提出了GTN模型中临界空隙体积分数与断裂体积分数和最大载荷及其位移的定性关系.

热损伤后材料力学性能的小冲孔试验分析

基于小冲孔试验技术建立栽荷-位移曲线中弹塑性转变温度、最大载荷、断裂位移与材料屈服强度、抗拉强度、断后延伸率之间的关联,从而分析不同热损伤条件下304不锈钢以及Q345R钢的力学性能变化。结果表明:相比于新材料,不同损伤参数下材料力学性能发生明显变化并可以使用小冲孔试验进行合理分析。随着损伤时间的延长,2种材料的屈服强度和抗拉强度均会出现一定程度下降,而在热损伤12 h后304不锈钢的抗拉强度基本不变。损伤时间达到48 h时,损伤温度的提高将会导致材料屈服强度和抗拉强度的明显下降。304不锈钢的断后延伸率随着损伤温度的升高逐步增加,而Q345R钢的断后延伸率则存在一定的分散性。

小冲孔蠕变试验技术

小冲孔蠕变试验技术是获取在役构件蠕变性能的一种新方法,由于它具有接近无损取样的特点,因此受到学术界和工业界的广泛重视。本文简要回顾了小冲孔蠕变试验技术的发展及应用,重点介绍了典型小冲孔蠕变试验装置的组成及结构,指出了小冲孔蠕变试验技术目前存在的问题和广阔的应用前景。

铁素体钢断裂韧度尺寸效应的小冲孔试验

对六种不同厚度的试样进行了小冲孔试验,并进行了有限元模拟,此外还通过扫描电镜观察并分析了断裂面的微观结构。试验结果显示,试样的SP断裂变形能和断裂韧度随试样厚度的增大而增大。提出了裂纹起始遵循断裂应变准则及裂纹扩展遵循断裂能密度准则的观点。有限元模拟结果与试验结果基本吻合。断裂面呈典型的韧性断裂特征,试样变形后的半球状外表面布满微小的褶皱状突起和微裂纹。

基于小冲孔试验的S30403高温力学性能研究

小冲孔试验技术(Small Punch Test,SPT)具有取样简单快捷、经济效益好、近乎无损等优势。介绍了基于弹性能量理论预测材料屈服强度的小冲孔能量法,对试验原理及步骤进行了详细的阐述。在验证试验重复性很好的基础上对S30403不锈钢进行小冲孔能量法试验,通过试验结果和常规拉伸试验结果的对比,证明了能量法的可行性。同时利用100℃、200℃、300℃温度条件下的小冲孔试验数据对已有能量法公式进行修正,使得能量法在高温条件下同样适用。

小冲孔能量法评价Q345R的屈服强度

小冲孔试验技术(SPT)是测量在役构件材料力学性能的新方法。文章介绍了基于弹性能量理论预测材料屈服强度的小冲孔能量法,并对试验原理及步骤进行了详细阐述。在验证试验重复性的基础上,对Q345R进行小冲孔能量法试验,并与常规拉伸试验、小冲孔偏移法和双斜率法的结果进行对比。结果表明,能量法测试Q345R屈服强度的误差为5.52%,远小于双斜率法和偏移法试验结果的误差。在此基础上,根据有限元模拟,结合载荷-位移(L-D)曲线与能量-位移(E-D)曲线,分析了试样厚度、压球直径、下模孔径、冲压速度以及试样边缘减薄等因素对小冲孔能量法结果的影响。得出试样厚度0.5mm、压球直径2.4mm、下模孔径4mm为最佳几何尺寸搭配。