7050-T7451铝合金低周疲劳平均应力松弛规律

为了研究平均应变对7050-T7451铝合金低周疲劳力学行为的影响,开展了不同应变比(R=-1、-0.06、0.06和0.5)下的室温恒幅低周疲劳试验。结果表明:在对称循环应变下,材料总体表现为循环软化特征;而在非对称循环应变下,材料表现为初始硬化后的循环稳定行为。非对称循环应变导致了材料出现与应变幅相关的平均应力松弛现象。采用Landgraf模型和非线性Maxwell模型分别研究了7050-T7451铝合金的平均应力松弛规律。结果表明:Maxwell模型能够较准确地描述材料的平均应力循环松弛特征,而Landgraf模型更适用于低应变幅下的平均应力松弛描述。

一种考虑平均应力松弛的汽轮机叶根低周疲劳寿命预测方法

针对汽轮机叶片叶根在实际服役中承受脉动离心载荷以及叶根缺口存在平均应力松弛等特点,开展了叶根材料在应变比R=0下的低周疲劳试验,获得了该材料的平均应力循环松弛规律,并基于Landgraf模型进一步确定了叶根材料的平均应力松弛描述模型。应用局部应变法原理,采用统一模型计算叶根危险部位的局部应力/应变,并采用考虑平均应力松弛的SWT修正模型计算疲劳损伤,建立起一种预测汽轮机叶片叶根低周疲劳寿命的新方法。最后,通过叶根模拟件的低周疲劳试验验证了本文建立的寿命预测方法的有效性。研究结果表明,在叶根低周疲劳设计时,考虑平均应力松弛能够显著提高叶根的疲劳寿命预测精度。

平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机应变-疲劳寿命关系的影响规律

试验研究了平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机应变-寿命关系的影响规律.从节约试样和试验费用角度,采用改进的极大似然疲劳试验法,应变比分别为-1、-0.52、-0.22、0.029、0.18和0.48的条件下,完成了104个试样的应变控制疲劳试验.在材料具有完全平均应力松弛特征、现有平均应变理论无法表征其影响情况下,首先基于Coffin-Manson方程,应用广义极大似然法有效地测定出各应变比下材料的随机应变-寿命关系.通过比较各应变比下疲劳寿命均值、对数疲劳寿命均方差和概率疲劳寿命,揭示出0Cr18Ni10Ti管道钢高可靠性时,应变比大于0有大约1.3～1.6的正面效应,小于0为负面效应.现有平均应变效应研究仅考虑疲劳寿命均值可能给出错误评价;必须综合考虑均值、均方差和样本量3因素才能给出合理评价.

基于背应力功的疲劳能量模型及其在轮槽构件寿命预测中的应用

基于局部应力-应变法与疲劳损伤能耗结构,以疲劳过程中背应力塑性功累积为基础,建立了一种新的缺口构件疲劳寿命预测能量模型,并将其应用于某型汽轮机轮槽结构件的疲劳寿命预测。通过与试验结果相比较,初步验证了模型的预测精度(预测寿命与试验寿命误差小于20%)。此外,还进一步将上述能量模型与传统疲劳寿命预测能量方法进行了比较。结果表明,基于背应力塑性功累积的疲劳损伤描述可进一步提高疲劳寿命预测精度,值得工程疲劳设计者重视。

GH4169合金高温力学行为本构建模及参数识别

针对涡轮盘用GH4169合金开展了高温下单调拉伸、对称循环及非对称循环的实验工作,结果表明,该材料具有比较明显的循环软化和平均应力松弛特性。采用带Ohno/Wang修正的Chaboche粘塑性理论本构方程,对其表现出的复杂力学现象进行本构建模,介绍了Levenberg-Marquadt非线性优化算法,结合材料实验数据并通过该算法识别了本构方程参数,将本构方程通过用户子程序嵌入到有限元软件ABAQUS中,对GH4169合金的上述实验现象进行了数值模拟,计算曲线与实验曲线取得了较好的一致性。

Udimet720Li高温变形特性的粘塑性本构建模研究

采用Chaboche统一粘塑性本构方程 ,对Udimet72 0Li在 70 0℃时的单调拉伸、循环加载及蠕变特性等复杂的高温变形现象进行了建模研究 .探讨了Chaboche本构理论对这些变形现象进行建模的形式 ,并特别针对快速各向同性软化和非对称循环加载时的平均应力松弛现象 ,对Chaboche本构理论进行了修正和变化 .将经过修正的Chaboche本构理论 ,与Levenberg Marquadt非线性优化算法相结合 ,编制了材料参数优化程序 ,得到了材料参数值 .研究表明 ,经过修正的Chaboche本构模型可较好地建模镍基高温合金Udimet 72

第二代定向柱晶高温合金低周疲劳行为研究

研究了DZ406合金950℃与1000℃时应变比为0.05下的低周疲劳性能,结果表明,应变比R≠-1时,非对称循环应变控制会产生平均应力松弛现象,且随着应变幅的增大,平均应力松弛速率增大;采用修正的SWT模型能很好的预测不同温度下应变比为0.05的低周疲劳寿命,预测精度在基本落在3倍的分散带内,通过对断口的观察,发现随着应变幅的增大,裂纹源增多。

DZ125合金高温循环变形特性及本构建模

开展了定向凝固镍基合金DZ125高温循环变形特性的试验研究;试验包括纵向[001]、横向[010]和45o[011]三个晶向;温度包括室温、650℃、760℃、850℃和980℃。试验观察到材料变形的率相关、循环硬化/软化、平均应力松弛等力学现象。试验还得到了这些力学行为与温度、晶向、应变率、应变范围的关系。基于以上的材料变形特征,采用各向异性扩展的Chaboche统一型粘塑性本构模型对DZ125合金的力学特性进行了本构建模研究。开发了基于遗传算法的材料参数提取和优化方法。并通过ABAQUS用户子程序(UMAT)结合有限元方法,进行了数值模拟验证和变形预测。

DZ408合金低周疲劳行为

研究了DZ408合金在950℃,1000℃和1050℃,应变比为0.05条件下的低周疲劳性能。结果表明:平均应变为正时,非对称循环应变控制会产生平均应力松弛现象,且随着温度与应变幅的增大,平均应力松弛速率增大;在950℃,1000℃和1050℃时,材料具有Massing特性,采用修正的SWT模型能很好地预测不同温度下应变比为0.05的低周疲劳寿命,且给出了修正SWT模型参数随温度变化的关系式Δεt2σmax=(-38.9+0.101T)N(0.96-0.0014T)。

一种基于混合硬化本构模型的汽轮机轮盘榫槽疲劳寿命预测方法

针对汽轮机转子轮盘的受力特点,以非对称载荷下材料的瞬态应力应变响应为基础,在内变量理论框架下,建立起某型汽轮机轮盘材料的率无关循环塑性本构模型;并结合局部应力应变法,进一步建立了基于混合硬化本构模型(N-5L1)描述平均应力松弛行为的汽轮机轮盘榫槽疲劳寿命预测方法。通过与实验结果相比较,表明混合硬化本构模型能够较好地模拟脉动加载下转子轮盘材料的循环应力应变响应及平均应力松弛行为,由此建立的寿命预测方法可对轮盘榫槽进行较为准确的疲劳寿命预测(与试验寿命误差总体落在1.5倍分散带以内),明显优于基于平均应力松弛经验公式的疲劳寿命预测值。

25Cr2Ni2MoV钢焊接接头低周疲劳性能研究

对新型汽轮机焊接转子材料25Cr2Ni2MoV焊接接头及其母材进行应变控制的低周疲劳试验,并进行了相应的断裂位置统计和循环变形特征分析。试验结果表明,焊接削弱了焊接接头的疲劳强度,受到结构非均匀性和各部分力学性能的相对不匹配等因素的影响,焊接接头的断裂位置体现出明显的应变水平依赖性;焊接接头和母材在循环变形过程中均表现出循环软化特性,且存在明显的拉压不对称性,拉压不对称程度随应变水平的增加而增加;与母材相比,焊接接头表现出更加明显的平均应力松弛现象,且平均应力绝对值随着循环周次不断减小最后趋于常值。

一种采用遗传算法优化Chaboche模型的转子轮盘疲劳寿命预测方法

针对汽轮机一体化联合转子的抗疲劳设计,研究了一种采用遗传算法优化Chaboche模型参数的方法,并结合局部应变法进一步建立起考虑平均应力动态松弛的转子轮盘疲劳寿命预测方法。结合某型转子轮盘的疲劳寿命预测,开展了轮槽材料在应变比R=0下的低周疲劳试验与轮槽构件的疲劳试验。结果表明:经参数优化的Chaboche模型能够较好地模拟轮盘材料在各种应变幅下的滞回环形状和平均应力松弛行为,由此建立的寿命预测方法可显著提高轮槽构件的疲劳寿命预测精度,在研究条件下,预测寿命与试验值位于二倍分散带之内。

GS-20Mn5钢非对称循环应力-应变本构模型及其应用

在实际工程中,机械结构件承受反复载荷时,内部往往是非对称的应力应变状态。在非对称循环加载条件下,材料不仅会表现出循环软/硬化特性,还会表现出平均应力松弛行为。这会影响其在循环稳定状态下的力学性能,进而影响结构在相应工况下承载服役的强度安全性。针对大型压机本体结构常用GS-20Mn5钢进行了单向拉伸及应变比R为0.5,应变幅0.20%、0.25%、0.27%、0.30%和0.40%的非对称应变循环加载试验研究,分别构建了基于单向拉伸试验结果的A-F随动硬化模型,以及基于非对称循环加载的Landgraf模型来描述其平均应力松弛特性,将其应用到Ramberg-Osgood公式中,结合A-F非线性随动硬化模型,建立了非对称循环加载条件下对应于循环应力-应变曲线的本构模型,并确定了相应模型参数。针对承受非对称循环载荷的某大型锻造液压机上横梁,应用所建立的本构模型分别进行了安定性数值分析,评估了其在循环载荷下的弹塑性强度安全性。结果显示,与采用单向拉伸条件下的A-F模型时的计算结果相比,采用非对称循环应力-应变本构模型时上横梁的安定极限载荷提高了约7%。