考虑高强度钢加工表面完整性的背应力能法疲劳寿命预测模型

循环应变能法从疲劳损伤机理的角度对疲劳寿命进行预测,能够很好地解释疲劳断裂行为,故得到广泛应用。然而,对材料整体性能的大量试验研究中常常不考虑加工表面完整性,从而影响了能量法的预测精度,为此提出一种考虑加工表面完整性的循环背应力能法疲劳寿命预测修正模型,通过引入残余应力随深度围成的面积作为影响因子来考虑加工表面层力学特征对总背应力能的影响,将微裂纹不扩展阈值作为影响因子表征表面层几何和组织特征对总背应力能的作用。研究结果表明:针对淬火回火前的重载车辆扭力轴高强度钢材料,考虑加工表面完整性的修正模型疲劳寿命预测误差分散带缩小38%,预测精度提高25%,与疲劳断裂后实时统计单周次循环背应力能密度的模型具有相同的误差分散带(1.25倍),克服了传统能量法需要在疲劳试验后才能进行寿命预测的缺点;针对淬火回火后的超高强度钢材料,考虑加工表面完整性的修正模型疲劳寿命预测精度从72.7%提升到了92.2%,克服了疲劳断裂后实时统计单周次循环背应力能密度预测模型的失效性,误差分散带从3.30倍降到了1.41倍;新模型提高了能量法在不同加工表面层特征的适用性,实现了面向服役性能的加工表面完整性评价。

带弹性范围物质理论和背应力定义

在推广Ｌｕｃｃｈｅｓｉ和Ｐｏｄｉｏ＿Ｇｕｉｄｕｇｌｉ（１９８８）的带弹性范围物质理论的基础上，表明了背应力作为Ｃａｕｃｈｙ应力空间中屈服面“中心”的定义存在问题·背应力是Ｌａｇｒａｎｇｅ型变量。

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。

Mn-V热处理双相钢中的Bauschinger效应——背应力、瞬时软化、不匹配应变的关系探讨

为了进一步弄清双相钢中的 Bauschinger 效应、背应力、Bauschinger 应力(瞬时软化)、有效不匹配应变之间的关系,以及应变时效的影响,对各种状态的Mn-V 热处理双相钢进行了拉—压试验;结果表明:该钢具有极明显的瞬时软化和相当数量的永久软化。448°K 的应变时效可使瞬时软化消失,但永久软化仍然存在;测量了变形双相钢试样中的矫顽力各向异性,并表明这一物理量的大小与背应力有关;讨论了背应力、永久软化、Bauschinger 应力、有效不匹配应变之间关系。

南茅运河船闸双向人字门背拉杆预应力优化分析

增设人字门背拉杆并施加预应力对提高人字门抗扭刚度至关重要。利用ANSYS软件对双向挡水人字门在重力作用下自由悬挂和风、水压力作用下开关门运行以及单根背拉杆承受单位预应力等工况下的应力和位移进行数值模拟,得到人字门相应工况下的应变应力规律。通过建立背拉杆预应力优化模型,求解得到多组双向挡水人字门的背拉杆预应力优化解,并校核主杆应力80.3 MPa、副杆应力54.0 MPa的优化应力值在关门挡水工况下的合理性,供类似工程实例借鉴。

预应力背拉杆传力螺旋结构的设计与抗疲劳分析

传力螺旋结构是法兰螺母式预应力背拉杆的核心部件,具有轴向推力大、承受交变载荷、工作速度低、间接性工作以及自锁性高等特点,在设计时除了考虑强度以外,还要对其进行疲劳分析和防松设计。本文以耿楼复线船闸预应力背拉杆的传力螺旋结构为研究对象,利用有限元软件ANSYSWORBENCH模块,对传力螺旋结构结构强度和疲劳强度进行优化设计,为同类型的结构设计提供理论依据。

150 nm FDSOI器件的背栅NBTI效应研究

负偏置温度不稳定(NBTI)是器件的主要可靠性问题之一,本文通过对150 nm工艺的FDSOI器件进行加速应力试验,分析了不同栅极偏置应力、温度应力下器件阈值电压和饱和电流的退化特性,发现背栅偏置更容易导致NBTI退化,同时研究了正背栅耦合作用下NBTI效应的退化机理。

TC21合金应力控制和应变控制的低周疲劳行为

研究TC21合金应变控制和应力控制的低周疲劳行为。实验温度为室温,循环应变比和应力比均为0.1,载荷波形为三角波。结果表明,在应变疲劳的最初阶段,TC21合金循环拉应力时快速软化,循环压应力时快速硬化,随着循环进行软化和硬化速度降低。在整个循环阶段,软化速度与应变有关;背应力影响较小,摩擦应力一直在变化,循环应力的变化与摩擦应力有关。应力控制的低周疲劳结果表明,TC21合金循环蠕变明显,循环蠕变与应力大小有关,摩擦应力是影响循环蠕变的主要因素。

粉末冶金钛基层状材料研究进展

日益严苛的服役环境对钛材性能提出新的要求与挑战,层状结构的引入使钛基材料突破强度–韧性的桎梏有了新的思路。近年来,钛基层状结构材料成为研究热点,通过不同制备技术获得的钛基层状结构材料展现出了优异的力学性能。粉末冶金技术具有工艺简便、高效,易于实现组元调控与钛材性能优化等优点。本文对目前钛基层状材料的类型、主流制备技术进行阐述,着重介绍了粉末冶金钛基层状材料的研究进展,总结了高性能钛基层状结构的强韧化机制,最后对钛基层状结构材料的基础研究与实际应用进行了展望。

考虑两种硬化方式的钛合金α相物理本构模型

针对钛合金中的α相,推导了引起背应力的几何必需位错的演化方程,该方程包含位错的存储项与湮灭项,同时将几何必需位错与背应力联系起来,从物理机制层面解释了背应力的演化。此外,建立了同时考虑由于位错纠缠导致的各向同性硬化和背应力引起的运动硬化的物理本构模型,利用室温下纯钛的相关实验数据对本构模型进行了验证。结果表明,所提出的本构模型能很好地预测纯钛的应力-应变曲线;与几何必需位错相关的背应力具有较高的准确性,统计存储位错的变化符合相应规律,证实了该物理本构模型具有很好的适用性,为今后采用混合规则建立钛合金的多尺度本构模型以及嵌入仿真软件寻求最优的工艺参数提供了参考。

船闸人字闸门背拉杆量化预拉及调试

由于现在工程当中船闸的人字闸门门叶的重心与其剪切力中心不重合,由于一方面门叶自身重量(包括淤泥重量)所产生的扭矩很大,另一方面由于船闸在开(关)门运转状态下,上游的残余水头压力及壅水等工况会产生较大的的水阻力,而水阻力便会形成对闸门的较大的扭矩,再加上风载造成的扭矩。由于以上各不利工况的存在,使得门叶会产生整体扭曲变形过大,甚至影响正常使用。

孪晶及晶粒尺寸分布对高应变速率轧制AZ31镁合金板材强韧化的影响

对铸态AZ31镁合金进行温度300~400℃、平均应变速率5.4~29 s-1的高应变速率轧制,制备不同孪晶和晶粒尺寸分布的镁合金板材,研究孪晶及晶粒尺寸分布对镁合金高应变速率轧制板材强韧化的影响,并建立了多尺度组织的强韧化模型。结果表明:平均应变速率低于10 s^(-1)时,可以获得孪晶、细晶和粗晶共存的多尺度组织,且平均应变速率为8.3 s^(-1)时,组织中存在大量的亚微晶;在室温变形过程中,不同尺度组织之间的背应力能够保证材料塑性,孪晶界和细晶保证强度,实现亚微晶、细晶、孪晶和粗晶共存的多尺度组织镁合金具有高的抗拉强度,同时能够保持相对良好的伸长率;在高温变形过程中,亚微晶、细晶、孪晶和粗晶共存的多尺度组织镁合金中的亚微晶发生晶界滑动、粗晶和孪晶诱导再结晶提高了材料塑性;温度为300℃变形时,强度亦遵循Hall-Patch公式。

非线性随动强化条件下的安定定理

基于经典的安定理论与随动强化模型的一般性质,将结构在强化过程中的背应力计入Von Mises屈服准则,建立了随动强化条件下结构的静力安定定理;将背应力与对应的塑性应变率的点积在一个载荷循环内的积分计入塑性耗散功,建立了随动强化条件下结构的机动安定定理,扩展了经典安定理论的应用范围。针对两种定理的存在格式进行了理论证明,并以推论形式给出了结构在随动强化条件下静力安定和机动安定另外两种存在格式。结果表明,随动强化材料的安定状态和安定极限不受强化过程的影响,只取决于材料的初始屈服应力和最终屈服应力。

土的动力Hardin-Drnevich模型再认识

基于热力学方法,为深入认识土体动力耗散特性及变形机理,从Hardin-Drnevich模型的骨架曲线和滞回曲线出发,采用热力学方法,引入背应力为塑性模量与塑性应变乘积的假定,构造土体动力增量耗散函数,该方法自动满足热力学定律.并讨论其对应的p-q应力空间中的屈服曲线的形式、变化规律以及材料参数对屈服曲线的影响.结果表明,其屈服曲线遵循直线形式,并且随着材料参数的增大,发生逆时针的旋转.

连梁可更换构件及连接的试验和模拟分析

结构可更换构件通过可更换连接与主体结构相连,共同工作并集中塑性损伤,震后更换损伤构件即可恢复结构功能。为了研究一种连梁可更换构件及连接的性能,对可更换构件及连接试件进行反复加载试验,并对低屈服点耗能钢材进行单向拉伸试验。采用ABAQUS软件对该可更换构件及连接进行有限元模拟分析,比较了壳单元和实体单元模拟的计算效率和精度,并提出合理可行的材料参数取值方法,采用非线性接触对模拟可更换螺栓端板连接,模拟结果与试验结果吻合良好。试验分析可用于研究该类可更换构件及连接的实际性能,模拟分析可为该类可更换构件及连接提供性能预测方法,并验证了可更换构件实际屈服力与设计屈服力的吻合度和超强系数,验证连接螺栓不产生滑移。在此基础上,给出了该可更换构件及连接在工程中的应用方法。

不同应变速率下铜/铝层状复合材料的拉伸变形行为

在1×10^（-4）～1×10^（-2） s^（-1）范围内研究了不同应变速率下铸轧法生产的铜铝复合板室温拉伸性能。结果表明：铜层、铝层在拉伸过程中能够在强界面的约束下保持同步变形,虽然界面在拉伸过程中会逐渐断裂。同时,铜铝复合板的抗拉强度与断裂伸长率均会随着应变速率增加而显著增加,并高于理论计算值。分析表明,铜铝力学性质差异引起的界面长程背应力造成铝基体中位错滑移困难是铜铝复合板强度提高、应变强化能力增强的主要原因。此外,铜层通过界面对铝层缩颈的抑制作用是铜铝复合板断裂伸长率提高的又一原因。

室温下镁合金板循环塑性随动强化本构模型研究

本文在具有各向异性屈服强度和拉压不对称的CPB06屈服准则的基础上,建立了基于随动强化的循环塑性本构模型.通过引入滑移、孪晶以及去孪等不同变形模式下的背应力演化方程,对室温下镁合金板材异常循环硬化行为进行了模拟.选取了AZ31B-O和AZ31B两种镁合金板材,通过拉伸-压缩-拉伸(T-C-T)和压缩-拉伸(C-T)等不同加载路径下的部分实验曲线确定模型的参数,采用三次插值多项式建立了背应力参数与上一变形模式中累积的等效塑性应变(即预应变)之间的函数关系.使用本模型对剩下的实验曲线进行了预测,发现预测结果与实验结果有良好的一致性,说明了当前模型的正确性.

冲击加载下多晶铝的晶体塑性有限元模拟

在多晶材料中,不同取向晶粒间的晶界往往对材料在冲击加载下的动力学响应有极大的影响。在单晶晶体塑性模型的基础上,通过考虑晶界与位错相互作用的微观机理,建立了一个包含晶界阻力、几何必需位错以及背应力的多晶晶体塑性模型,并模拟研究了基于Voronoi几何模型的多晶铝在冲击加载下的力学响应。结果表明:冲击波后的晶界单元存在极高的残余剪应力,而晶粒内部单元的剪应力趋近于零;晶界附近存在较大的塑性变形梯度,产生大量沿晶界分布的几何必需位错和背应力;由滑移不连续性引起的晶界阻力是造成冲击波后大量残余剪应力的主要因素,而几何必需位错和背应力对剪应力松弛程度的影响较小。

谐波异质结构AlCoCrFeNi高熵合金的制备、组织演化与力学性能

结合机械球磨与放电等离子烧结工艺制备了一种由外层细小晶粒与内层粗大晶粒构成的谐波异质结构AlCoCrFeNi高熵合金(High-entropy alloys,HEAs),测试了其准静态压缩力学性能,并对该合金的相结构与微观组织进行了表征。结果表明,球磨后烧结的AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度为1686 MPa,压缩应变率为16.5%;未球磨直接进行烧结的AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度仅为1371 MPa,压缩应变率为16.2%;铸态AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度为1363 MPa,压缩应变率为18.7%。与其他两种制备方法相比,球磨和烧结工艺制备的AlCoCrFeNi高熵合金的综合力学性能最佳。烧结制备的AlCoCrFeNi高熵合金在相组成上与原始粉末一致,未发生变化,均由BCC+B2+FCC相构成;机械球磨细化了AlCoCrFeNi高熵合金粉末外层的晶粒,外层小晶粒与内层大晶粒形成谐波异质结构,这种特殊的结构在变形时起到背应力强化作用,显著提高了AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度。

三峡多级船闸人字门抗扭性能研究

基于三峡多级船闸人字门提出了背拉杆预应力设计计算的一种方法—“有限元法—力法”分析方案，据此讨论了两种不同的背拉杆预应力施加方法，还比较了不同构造形式的门型的抗扭刚度。