Strength Prediction of Cruciform Specimen Under Biaxial Loading

In order to achieve a better understanding of failure behavior of cruciform specimen under different biaxial loading conditions,a three-dimensional finite element model is established with solid and interface elements.Maximum stress criterion,two Hashin-type criteria and the new proposed criteria are used to predict the strength of plain woven textile composites when biaxial loading ratio equals 1.Compared with experimental data,only the new proposed criteria can reach reasonable results.The applicability of the new proposed criteria is also verified by predicting the tensile and compressive strength of cruciform specimen under different biaxial loading ratios.Moreover,the introduction of interface element makes it more intuitive to recognize delamination failure.The shape of the predicted delamination failure region in the interface layer is similar to that of the failure region in neighboring entity layers,but the area of delamination failure region is a little larger.

TA4纯钛带材各向异性屈服行为表征与研究

目的 基于复杂加载状态试验和先进屈服准则,实现考虑塑性演化的TA4纯钛在复杂加载状态下塑性各向异性行为的精确表征。方法 通过0°、45°、90°方向的单拉试验和复杂加载比例的十字形试件双向拉伸试验,获得TA4纯钛的基本力学性能参数和拉伸屈服轨迹,采用不同的屈服准则对试验屈服轨迹进行预测,并通过变r值的屈服准则预测其屈服轨迹的塑性演变规律。结果 在小变形范围内,Yld2000-2d屈服准则对TA4屈服轨迹的预测精度最高;塑性变形过程中,呈线性增大趋势的r值与TA4纯钛的屈服轨迹演变现象直接相关。结论 试验与理论屈服轨迹的对比表明,Yld2000-2d屈服准则可以实现TA4纯钛初始屈服行为的精确表征。TA4纯钛带材的r值随塑性变形呈线性增大趋势,考虑塑性演化的Barlat89屈服准则预测的TA4屈服轨迹外凸性更显著。在TA4纯钛带材冲压成形过程的有限元分析、模具设计和工艺优化中,仅考虑初始屈服轨迹时,可采用Yld2000-2d屈服准则;当各向异性特征存在较强的塑性演化相关性时,可采用形式相对简单的Barlat89屈服准则。

钴基高温合金GH188板材的屈服行为研究

目的 研究钴基高温合金GH188板材在不同应力状态下的屈服行为,并确定适用的屈服准则,为工程应用提供科学指导。方法 通过开展不同方向的单向拉伸试验得到基本力学性能参数,以轧制方向为参考方向,利用其真实应力-应变曲线标定Ludwik本构模型参数;根据国际标准设计十字形试件,利用ABAQUS软件对其等双拉加载进行有限元仿真,然后基于设计的试样对GH188高温合金板料进行不同载荷比例下的双向拉伸试验,并获取屈服点;结合以上数据,采用Mises、Hill48、Barlat89和Yld2000-2d4种屈服准则对屈服轨迹、r值和应力值进行预测。结果 等双拉过程中,十字形试件中心区应力分布均匀且无切应力,表明试样的设计是合理有效的;4种屈服准则对试验屈服轨迹的平均预测误差相差不大,为(2±0.5)%,但整体而言,Hill48-σ的预测误差最大,Hill48-r和Barlat89屈服准则呈现相似的预测能力,误差约为20%,Yld2000-2d屈服准则预测精度最高,综合误差仅有2.41%,远远小于其他3种屈服准则的预测误差。结论 钴基高温合金GH188板材具有明显的各向异性,Yld2000-2d屈服准则可以精确地描述该材料在复杂应力状态下的屈服行为。

基于双向拉伸试验的QP980汽车高强钢复杂变形行为分析

为了探索QP980先进汽车高强钢的复杂变形行为,采用Z100双向拉伸试验机进行了十字形拉伸试样设计,在标准试样的基础上进行了优化并通过仿真模拟对中心变形区域的受力情况进行了分析,验证了试样的有效性。研究了金属薄板双向拉伸试验的屈服轨迹的计算方法,对QP980先进汽车高强钢分别采用力值比、应变速率比和位移速率比3种控制方式进行双向拉伸试验,加载比例分别为4∶0、4∶1、4∶2、4∶3、4∶4、3∶4、2∶4、1∶4和0∶4,根据塑性功相等原则计算获得了不同加载路径下QP980高强钢的屈服轨迹,通过对比分析采用应变速率比控制和力值比控制的屈服轨迹一致性更好。

十字形试件双向拉深试验系统建立及加载精度分析

为了研究复杂加载路径下板料塑性变形行为 ,建立了十字形试件双向拉深试验硬件与软件系统 ,实现了同轴两夹头的位移同步控制 ,位移和载荷的比例加载与非比例加载控制 ,以及根据载荷变化判断加载停止的控制等关键技术。试验验证表明 ,所建系统具有较好的准确性和可靠性 ,为进一步研究提供了试验基础。

BH220钢板屈服轨迹的双向拉伸实验研究

本文针对建立的十字形双向拉伸试验系统 ,利用有限元模拟优化得到的十字形试件 ,采用载荷控制方式对汽车用薄钢板BH2 2 0进行了不同加载路径下的双向拉伸试验 ,得到了不同加载路径下的应力应变关系曲线 ,并根据塑性功相等的原则 ,对BH2 2 0钢板的试验屈服点与现有屈服准则Hill4 8、Barlat lian、Logan hosford的理论轨迹进行了对比 ,结果表明 ,与试验结果相比 ,Hill4 8过高地估计了屈服轨迹 ,Logan hosford准则比Barlat lian准则接近试验结果 ,尤其在垂直于轧制方向与试验结果吻合较好 ,但在靠近轧制方向其理论轨迹偏高。

基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计

十字形试件双向拉伸实验是实现复杂加载路径的有效方法,是研究板料后继屈服行为和成形极限可行的实验手段,解决十字形试件中心区的大变形、应力均匀性、应力测量计算方法等是其应用的主要问题.通过试件中心区减薄实现了中心区大变形以致颈缩破裂,给出了3种不同形式的中心区减薄形状,从应力均匀性、最大变形出现位置和避免应力集中等方面进行了优化对比分析,并探讨了计算中心区应力的解析方法.结果表明,中心区方形减薄的十字形试件有更好的中心区应力分布均匀性,更容易实现大变形以致破裂发生在中心区,能较好地控制应力集中,是更适用于板料成形极限应力图研究的实验装备.

各向异性板料屈服轨迹的研究

针对建立的十字形双向拉伸试验系统,利用有限元模拟优化得到的十字形试件,采用载荷控制方式对SPEN钢板和2024-O铝合金板进行了不同加载路径下的双向拉伸试验,得到了不同硬化阶段下的实验屈服轨迹,并与现有屈服准则Hill48、Hill79、Hill90、Hill93、Gotoh、Hosford、Barlat Lian以及Mises的理论屈服轨迹进行了对比.结果表明:对于SPEN钢板,Hosford各向异性屈服准则得到的理论屈服轨迹与实验屈服轨迹符合得最好,其次是Mises屈服准则,Hill48屈服准则最差;对2024-O铝合金板,Barlat89、Hosford屈服轨迹与实验屈服轨迹符合得最好,Mises屈服准则最差.

十字形试件双向拉伸试验系统的PID控制

针对建立的十字形双向拉伸试验系统 ,利用微机控制系统中软件的灵活性 ,采用改进的 PID控制算法 ,实现了速度控制、同轴两夹头的位移同步控制、不同轴位移的比例与非比例控制。结果表明 ,改进的 PID控制方法提高了系统的控制性能与精度、准确性和可靠性高。

细编穿刺3D碳/碳复合材料双向拉伸实验研究

对细编穿刺3D碳/碳复合材料双向拉伸性能进行了实验研究,介绍了双向拉伸实验方法,自行设计制作了一套双向拉伸实验装置,采用有限元分析方法进行了十字型试件的设计。对两种不同铺层的细编穿刺3D碳/碳复合材料进行了1∶1应力状态下的双向拉伸实验,得到了材料在该种应力状态下的强度,试件初始破坏都发生在中心区。研究结果为该种材料在复杂应力状态下的强度分析奠定了基础。

中心区减薄的十字形试件拉伸性能研究

中心区减薄的十字形试件拉伸,是实现板料双向拉伸变路径条件下,达到大变形以至破裂的可行试验方法,对于复杂加载路径板料屈服行为及成形极限研究,有重要的试验意义。通过标准单向拉伸试验,对比研究了板材减薄前后单向拉伸性能的变化。对于中心区方形减薄的十字形试件,进行了单臂试件和十字形试件的单向拉伸试验,验证了中心区减薄后应力计算的正确性。

汽车薄钢板应力应变曲线及屈服轨迹的研究

采用十字形双向拉伸的实验方法对两种汽车用薄钢板BH220和SPEN进行了不同加载路径下的双向拉伸试验,得到了不同应力状态下的应力应变关系曲线,同时,根据单位体积塑性功相等的原则,确定了两种钢板等效塑性应变从0.2％～2％的实验屈服轨迹。结果分析表明:不同加载路径下板料的应力应变关系不同,随着加载比例由单拉到等双拉状态,板料的硬化指数逐步增大;实验屈服轨迹呈外凸性,且以等双拉为界的上下部分屈服轨迹不对称,随着变形程度的增加,屈服轨迹向外扩大,但单拉时强化程度最小,而等双拉时最大,对BH220和SPEN钢板的实验屈服轨迹与几种常用理论屈服轨迹的比较发现,Hosford各向异性屈服准则的理论轨迹与实验结果最为接近,Hill48准则与实验结果相差最大,此外一向被视为只适用于各向同性材料的Mises准则与实验结果也较为接近,其他几个屈服准则的理论屈服轨迹与实验点相差较大。

十字形双向拉伸试验有限元模拟及分析

本文建立了臂上开缝十字形试件双向拉伸试验有限元计算模型 ,在十字形试件几何参数优化的基础上 ,对两种不同性能的板料在不同位移比例加载条件下 ,进行了有限元模拟和分析。模拟结果表明 ,改变加载路径对该试件中心区轴向应变量有较大影响 ,但不影响中心区轴向应力的分布。可见 。

双轴向纤维增强复合材料层合板强度准则

为了更加准确地对双轴向纤维增强复合材料在双向载荷作用下的强度进行预测,本文针对Tsai-Wu强度理论进行了理论分析和实验研究。首先,讨论Tsai-Wu张量准则在双向纤维增强复合材料中的应用问题,并确定用双轴拉伸实验来测定准则其中的一个强度参数F12。其次,采用数值模拟方法,结合Taguchi实验设计方法对十字形试件进行外形设计和参数优化,得到了中心应力水平高、过渡区域应力集中系数小的十字形试件。最后,对十字形试件进行不同载荷比的双轴拉伸实验,通过实验数据计算得到强度参数F12,并拟合了该材料应力平面第一象限的强度包络线。研究结果表明,经实验数据修正后的Tsai-Wu强度包络线能够准确地反映出材料的强度特性。

基于改进蚁群算法的复合材料双向加载十字形试件优化设计

为研究复合材料在双向加载情况下的应力应变特性,基于蚁群算法对双向加载试验中的十字形试件进行优化设计。考虑信息素更新对全局最优解有较大的依赖性,对编码方式和信息素更新公式进行了改进,并通过典型算例对改进后的蚁群算法准确性进行了验证。最后根据复合材料十字形试件设计要求,利用改进蚁群算法与FEM参数化建模相结合的方法对十字形进行了优化设计。由优化结果可知,优化后的试验区应变场均匀度有了很大提高,且优化迭代过程较快。

十字形试样双向拉伸试验

通过介绍不同的十字形试样设计方案、双向拉伸试验设备以及相关理论,综合性地回顾了双向拉伸试验技术的历史和现状,并展望了其发展趋势。通过已有的研究成果,总结了这种试验方法的先进性:能更加准确地反映金属板料在复杂加载条件下的力学性能,并能为材料塑性加工提供更加有力的理论依据。

用十字形试样评定钛基复合材料界面法向结合强度(英文)

采用单向耦合的有限元方法预测钛基复合材料界面法向结合强度以及十字形试样内的应力分布。有限元模拟共包括两步:复合材料冷却过程和横向拉伸过程。详细分析了界面杨氏模量和残余热应力对界面径向应力分布的影响,并评定得出SiC/Ti-6Al-4V界面法向结合强度为300 MPa。

不同开口形式的织物复合材料双轴拉伸实验与模拟

进行平纹碳纤维织物复合材料在不同开口形式下的双轴拉伸实验,分析十字形试件在双轴拉伸下的应变分布规律.依照实验条件,建立三维有限元模型,结合复合材料Hashin失效准则,预测十字形试件在双轴拉伸时的失效过程及破坏特征.实验与模拟结果表明,在双轴拉伸载荷作用下,长圆孔试件的破坏强度高于圆孔试件的破坏强度;试件各铺层的应变以对角线为对称轴呈对称分布;两种试件的破坏均从试件圆角过渡区起源,沿试件对角线瞬间扩展.

复合材料双向加载试验件形状优化设计

结合复合材料层合板双向加载试验的要求,对复合材料双向加载试验的十字形试验件进行了优化设计。应用Tsai-Wu准则确定复合材料试验件的破坏部位,保证破坏发生在试验区内。综合考虑了十字形试验件的倒角大小、两臂形状以及中心区域减薄等因素对试验区应变场的影响,借助Patran有限元软件和PCL参数化建模技术进行参数化建模,优化过程采用改进的蚁群算法与有限单元法相结合的方法。结果显示,优化得到的试验件形状能够较好地满足双向加载试验对试验件的破坏部位以及试验区应变均匀度的设计要求,试验件可以用于复合材料层合板的双向加载试验,不会在试验过程中发生单轴破坏现象。

板料在单拉及双拉受力状态下的仿真及分析

研究板料加工成形优化问题,由于板料成形过程中,存在性能具有明显各向异性,且加载路径变化实现不方便的问题,造成板料变形。为解决上述问题,给出了一种利用十字形试件进行双向拉伸的试验方法。建立了2A12板料单向拉伸仿真试验模型,与试验数据进行比较,验证了方法的正确性。用应力函数法分析了双向拉伸的应力分布,建立了十字形试件双向拉伸试验在倒圆角及臂上开缝前后的有限元模型,并用通用有限元软件abaqus6.6对2A12进行了仿真,对不同情况下双拉的不均匀度进行实验,证明了在臂上开缝使得十字形试件中心区应力均布情况明显改善。