42CrMo钢超声滚压残余应力及等效塑性应变研究

基于接触力学模型,建立了超声滚压加工残余应力分布的理论模型,模拟了不同静压力、进给速度和振幅下的超声滚压加工过程,分析了超声滚压加工后残余应力和等效塑性应变的分布情况。结果表明,试样表面会发生不同程度的塑性变形并产生残余压应力。随着深度的增加,残余压应力逐渐增大,在深度为0.4 mm处达到最大值,之后逐渐转为残余拉应力,最后残余拉应力和残余压应力趋于平衡。随着深度的增加,等效塑性应变先增大后逐渐减小,最后在深度约1 mm处达到0。加工参数中静压力对残余应力和等效塑性应变的影响最为显著,最大残余压应力和等效塑性应变随着静压力的增大而增大,最大残余压应力和最大等效塑性应变分别为-910.07 MPa和0.46。对比残余应力实验和仿真结果,发现二者残余应力随加工参数的变化规律一致,并且误差范围基本保持在10%以内,验证了有限元模型的准确性和有效性。

板材等效应力-等效应变曲线的建立及分析

为了研究不同屈服准则下板材等效应力-等效应变曲线的适用性,基于Hill48、Hill79、Hill90和Hosford屈服准则和试验获得的板材双向拉伸应力应变曲线,对两种薄钢板在不同加载比例下的等效应力-等效应变曲线进行了试验研究和理论分析.结果表明,对于所研究的两种薄钢板,采用Hill48、Hill79、Hill90屈服准则得到的不同加载比例下等效应力-等效应变曲线的差别较大,而采用Hosford屈服准则得到的等效应力-等效应变曲线相差很小.

等径侧向挤压等效应变分布的有限元模拟

等径侧向挤压可以使材料反复变形，使应变逐渐积累，最后得到很大的应变量，从而降低材料的晶粒尺寸，得到细晶材料．然而如何计算不同变形方式的应变量，将应变量与晶粒尺寸联系起来需要深入研究．本文对等径侧向挤压过程中的等效应变分布进行了有限元数值模拟，并将模拟计算结果与几何分析法计算结果进行了比较，得出等径侧向挤压过程材料的变形规律和等效应变的计算方法，为进一步研究建立了基础．

ECAP条件下纯铜应变行为的等效应变规律及变形均匀性

借助DEFORM-3D软件对圆型纯铜试样的ECAP变形行为进行有限元模拟,分析试样沿A、Ba、Bc及C路径各经9道次变形后的等效应变规律及变形均匀性.结果表明,试样沿Bc路径挤压后等效应变值最接近理论应变值,沿A路径挤压后等效应变值偏离理论应变值最大;试样沿Bc路径挤压变形均匀性最好,Ba路径次之,沿C路径挤压变形均匀性较差,A路径最差.

砂土中考虑冲刷的水平受荷桩等效应变楔方法

冲刷引起桩周土体的损失,研究冲刷效应对桩基水平承载特性的影响非常必要。基于桩前土体楔形受力的应变楔方法可以推导桩侧p-y曲线,进而分析水平受荷桩的受力变形特性,但只适于地表水平的情况。基于冲刷坑坑底以上土体的自重荷载对楔形体的开展范围进行深度等效,建立了冲刷条件下砂土中水平受荷桩的等效应变楔方法。通过与文献对比,验证了该方法的可行性。研究结果表明:冲刷深度增加,冲刷坑底宽度增大及冲刷坡角减小均会降低桩基水平承载性能。与仅考虑冲刷引起的桩侧极限抗力削弱的简化方法相比,本研究得到的桩基最大弯矩偏小。将冲刷坑底以上土层全部剥蚀的做法,忽略了冲刷深度内的土层作用,计算结果会偏于保守。

有限变形下的等效应力和等效应变问题

重点讨论了在有限变形条件下,弹塑性理论中的等效应力、等效应变是否仍然成立· 选择了平面应力和平面应变下的单向压缩应力状态,对这一问题进行了探讨· 在这两种应力状态下,在众多的应力应变描述中。

一种新的用于各向同性损伤模型的四参数等效应变

基于Hsieh-Ting-Chen强度破坏准则的思想,提出由于求解混凝土各向同性损伤模量的等效应变。首先通过混凝土试件材料特性以及强度试验资料来确定四参数,然后求解出由多轴应力状态下的应变退化得到的等效应变以及相应的损伤模量。对一混凝土立方体试件进行有限元分析,计算结果表明:采用该等效应变计算所得的应力应变曲线与试验曲线吻合性较好,从而说明了该等效应变的合理性,并且可说明利用该等效应变的损伤模型不但可以描述单轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线,而且能描述多轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线。该等效应变形式单一,计算简单。

冻融后普通混凝土双轴等效单轴应变本构模型试验研究

采用大连理工大学的混凝土快速冻融设备和混凝土大型静、动三轴试验系统,进行了0～75次普通混凝土的冻融试验,对冻融后的试件进行了9种应力比的等比例双轴压和双轴拉压试验。发现随着冻融次数的增加,冻融后双轴压破坏包络线非均匀缩小,抗拉强度下降的程度较抗压强度大,拉压破坏包络线与常态时不同,最大压应力方向的应力应变曲线趋于扁平。建立了以应力比和冻融循环次数为连续变量的破坏准则。反算了三个主压应力方向峰值应力点处的等效单轴应变,得到了冻融后普通混凝土双轴等效单轴应变本构模型。结合所建立的破坏准则,采用该本构模型得到的数值分析结果与试验曲线有较好的一致性。

基于等效应变的轮盘低循环疲劳寿命预测

针对轮盘低循环疲劳载荷非对称及其主要寿命区限,提出一种简化的等效应变寿命预测模型,对某型发动机高压压气机I级盘进行了低循环疲劳寿命预测。补充了1Cr11Ni2W2MoV材料轴向应变控制的低循环疲劳试样试验,设计了高压压气机I级盘低循环疲劳试验件,在旋转试验器上进行了轮盘的低循环疲劳试验,得到3个盘的平均低循环疲劳试验寿命为4 280个试验循环。通过与试验寿命的比较,等效应变寿命预测误差为41.8%,Manson-Coffin预测误差为99.2%。结果表明:简化的等效应变寿命预测方法是有效的,而且对试验盘的寿命预测精度比Manson-Coffin预测模型高。

基于Walker等效应变的涡轮盘低周疲劳寿命预测

基于Walker应变寿命预测模型在103 ～ 105范围变化趋势的基础上,提出了一种简化的Walker应变寿命预测模型,应用简化模型对发动机涡轮盘的低循环疲劳寿命进行了预测.采用GH4133合金的试验数据对简化模型进行验证;采用不同方法对涡轮盘的寿命进行预测,并与涡轮盘的试验值进行比较.结果表明：本工作简化模型预测精度较高,涡轮盘的寿命预测值与试验结果吻合较好,并且简化模型简单明了.

巷道围岩状态的等效应力等效应变表述

在体积应变为零的条件下,根据巷道围岩属简单加载的特性得到围岩中同时关联三向应力σθ,σz,σr和三向应变εθ,εz,εr的,用等效应力σi和等效应变εi表示的对围岩加载-形变关系式。严格地论证了巷道围岩的弹性、硬化、软化和流动区的应力应变状态分别与围岩的等效应力-等效应变曲线各阶段的应力应变状态相对应。以等效应力、等效应变为中间变量可以简化围岩弹性分析,简捷地写出巷道围岩偏应力应变能的计算公式。等效剪应力τi是围岩中的最大剪应力τmax,等效剪应力单元受正应力和剪应力作用,但其上只有剪切应变,这突出了巷道围岩形变破坏是由于最大剪应力和偏应力应变能所致的实质。根据等效剪应力概念确定的滑移线,可适用于材料应变硬化和软化阶段,不要求刚塑性假定条件。

基于应变等效性假说的损伤定义的适用条件

研究了基于应变等效性假说的损伤定义方法，分析了定义中“材料损伤前后弹性模量”的物理含义。指出该方法只适用于间接描述弹（脆）性材料损伤行为，不能简单地用受荷过程中的“卸载模量”代替假说中的“受损弹性模量”来描述具有不可逆塑性变形特征的弹塑性损伤行为，否则将可能导致对损伤行为的误判。此外，本文给出了一种耦合塑性形变和损伤机制影响的弹塑性损伤定义。

基于多轴等效应变动力损伤模型的混凝土坝工作性态分析

基于混凝土典型单轴动力应力应变曲线,考虑强度和弹性模量的应变率效应,建立了一种单轴动力损伤模型,通过与单轴拉、压试验结果对比验证其有效性。在此基础上结合等效应力、等效应变、等效应变率,提出了一种多轴等效应变动力损伤模型,并将该损伤模型应用于混凝土剪切试验、典型混凝土重力坝、拱坝的数值分析,得到地震荷载下结构损伤和应力响应,评价了结构动力性能及安全性,为混凝土坝动力安全分析提供了一条有效途径。

应用等效应变法的30Cr1 Mo1 V钢疲劳-蠕变交互作用的试验分析

在540℃和565℃两种温度下进行了30Cr1Mo1V转子钢的疲劳-蠕变交互作用实验。采用Felltham公式建立了应变保持下应力与时间的关系;得到了应变循环幅保持不变、疲劳-蠕变交互作用下的循环应力-应变关系。根据等效应变概念建立了应变-寿命关系,并从分散度因子和标准偏差方面对等效应变法和线性累计损伤法的寿命预测有效性进行了比较;建立了等效应变的临界损伤公式和考虑硬度修正的等效应变寿命关系。试验结果表明,在预测寿命时等效应变法比线性累计损伤法具有更高的精度,等效应变的应力下临界损伤公式能够很好地预测实际损伤,考虑硬度修正的等效应变-寿命曲线和纯疲劳应变-寿命曲线基本一致。

关联Drucker-Prager条件下等效塑性应变系数

针对岩石类材料,试图在关联Drucker-Prager条件下建立更一般化的等效塑性应变定义方法,并研究等效塑性应变系数在塑性变形过程中的变化。首先列举了国内外常用的等效塑性应变定义方法,并分析了它们的不合理性。然后从等效应力和等效塑性应变的定义出发,推导出关联Drucker-Prager条件下等效塑性应变系数。结合室内致密砂岩三轴压缩试验,以塑性体应变为内变量,研究了致密砂岩峰后内摩擦角和粘聚力随内变量的变化,进而研究了等效塑性应变系数随塑性变形的变化。研究发现:等效塑性应变系数依赖于屈服准则的选取,等效塑性应变系数为(2/3)^(1/2)是Mises屈服准则下的特例;关联Drucker-Prager条件下等效塑性应变系数C<(2/3)^(1/2),并且随着塑性变形的发展而减小最终趋于稳定值;对于岩石类材料,很多有限元软件中不区分具体情况而直接选用C=(2/3)^(1/2)计算等效塑性应变存在较大的误差。

基于四参数等效应变的各向同性损伤模型

针对Loland和Mazars各向同性损伤模型关于峰值应力前后应力应变曲线假设的缺陷,做了两点改进:(a)认为应力峰值前后σ ε均为非线性关系;(b)根据Hsieh Ting Chen强度破坏准则的基本思想,给出了一种新的用于各向同性损伤模型的四参数等效应变.该等效应变不但可以用于描述单轴应力状态下混凝土的本构关系,而且能描述多轴应力状态下混凝土的本构关系.数值算例验证了所给等效应变的合理性,从而说明了修改过的Mazars损伤模型的正确性.

热环境复杂加载下各向异性板料屈服轨迹和等效应力-应变关系的建立

进行了热态环境双向拉伸的各向异性金属板材复杂加载条件下力学性能试验。设计的针对两种不同厚度条件的热环境双向拉伸十字形试件能有效增加中心区的变形量,满足试验需求;试验环境可达800℃,可完成对碳钢等高结晶温度材料的试验;通过比例阀加载位移控制,可得到高温下完整的材料屈服轨迹;采用光学散斑方法测量应变,获得全场高精度应变数据,且该方法减少了工作量和试验成本。利用不同加载应变比条件下得到的应变和拉伸力,结合单位体积等塑性功原理得到材料在高温下等效应力-应变曲线,为研究热环境复杂载荷下材料力学性能提供了依据。

多轴等效应变损伤模型及其在混凝土坝工作性态分析中的应用

基于混凝土单轴拉伸应力应变曲线模型和四参数等效应变,给出一种修正的四参数多轴等效应变损伤模型,通过与单轴拉伸、单轴压缩、双向拉伸、双向压缩、双向拉压以及三向压缩这6种受力状态的试验资料进行对比以验证其有效性。采用该多轴等效应变损伤模型对混凝土剪切试验组合受力情况、混凝土重力坝和混凝土拱坝等结构工作性态进行数值分析,得到静力荷载下的结构损伤和应力响应,评价了结构正常工作性能及安全性。结果表明,剪切试验数值模拟结果与试验成果吻合良好,可以对以剪切为主的组合受力情况进行分析,该模型适用于复杂应力状态下的计算;典型重力坝和拱坝损伤分布区域及应力分布规律合理,该模型可以对混凝土坝工作性态及其安全性进行分析。

平面应变混凝土强度变形试验与等效单轴应变本构模型

利用自行研制的三向强度变形试验装置,进行了应力比α=σ1/σ3=0∶-1,0.05∶-1,0.1∶-1,0.2∶-1和0.3∶-1的拉压平面应变状态强度与变形试验.试验结果表明:在拉压平面应变状态时,混凝土破坏形态主要分为受拉和受压2种,应力比α=σ1/σ3≤-0.1时为受拉破坏,应力比α>-0.1时为受压破坏;在混凝土开裂或屈服前,应力应变关系呈线性.同时,根据试验结果给出了拉压平面应变状态的强度计算公式,完善了平面应变状态等效单轴应变本构模型.

平面应变状态混凝土等效单轴应变本构模型研究

推导了平面应变状态下的等效单轴应力 应变关系 .以应力 应变曲线试验值与计算值的误差达到最小为目标 ,反演出双向受压时相应于强度值的等效单轴应变值 ,并回归得到其计算公式 ;同时对一拉一压、双向受拉及一向开裂、双向开裂等受力状况提出了εic的计算方法 ;经对现有强度理论的分析比较 ,选择了适合平面应变状态的强度准则 ,从而得到了平面应变状态混凝土等效单轴应变本构模型 .