Hastelloy C-276合金应力松弛试验及蠕变本构方程

对Hastelloy C-276合金分别在不同的温度(750、800、850和900℃)和相应的初始应力(250、250、250和200 MPa)条件下进行了多组应力松弛试验。利用试验测得的应力松弛曲线推导出应力松弛过程中蠕变应变速率与应力之间的关系,建立用于描述Hastelloy C-276合金应力松弛行为的蠕变本构方程,通过对蠕变应变速率—应力曲线进行拟合,得到各温度下蠕变本构方程中的材料常数。将蠕变本构方程带入有限元软件MSC.Marc对Hastelloy C-276合金的应力松弛过程进行模拟,模拟得到的应力松弛曲线与试验测得的应力松弛曲线符合得很好,验证蠕变本构方程的可靠性。

Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构关系与应力松弛行为

对Ti6Al4V合金在不同温度(650、700和750℃)、初始应力(100和150 MPa)和预应变(3.97%和15.87%)条件下进行多组应力松弛试验;研究Ti6Al4V合金高温下的应力松弛行为以及影响因素。利用应力松弛的试验数据推导出高温短时蠕变应变速率与应力的关系,对蠕变应变速率-应力曲线进行拟合,得到Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构方程。将高温短时蠕变本构关系代入有限元软件ABAQUS中对Ti6Al4V合金的应力松弛行为进行模拟。结果表明:Ti6Al4V合金的应力松弛可以分为两个阶段:第一个阶段应力松弛速率很快,剩余应力急剧降低,该过程时间为应力松弛的前250 s;第二个阶段应力松弛较为缓慢,经过2000 s后剩余应力趋向于某一极限值,即应力松弛极限。温度对Ti6Al4V合金应力松弛的影响显著,应力松弛随温度的升高而加快,且温度越高,应力松弛极限越小。初始应力和预应变越大,应力松弛极限越大,但是两者对应力松弛行为的影响不大。模拟结果与试验测得的应力松弛曲线具有很高的吻合度,验证了高温短时蠕变本构关系的可靠性。

穴盘水稻秧苗茎秆蠕变与应力松弛特性的试验研究

为深入了解穴盘水稻秧苗茎秆拉伸过程中的力学特性,该文利用微控电子万能试验机对穴盘水稻秧苗茎秆常规拉伸、蠕变与应力松弛特性进行测试与分析。试验表明:常规拉伸一般有2次断裂,1次断裂前,应力-应变为线性关系,没有明显的屈服过程,且平均断裂应力大小随加载速率的增加而呈线性增加;拉伸蠕变和应力松弛过程分别利用伯格斯四元件模型和麦克斯韦五元件模型进行描述。通过对曲线进行拟合,得到相关的模型参数,基于选用的流变模型和本构方程,结合秧苗茎秆的生物体特点,分别对蠕变速率、蠕变柔量和应力松弛速率、应力松弛时间进行分析,结果表明:蠕变和应力松弛过程都是弹性动力与黏滞阻力之间彼此牵制的过程;蠕变过程产生与蠕变时间和初始应力呈正相关的塑性应变,应力松弛过程导致茎秆大分子链发生变化,均对秧苗茎秆造成一定损伤;秧苗茎秆内部含有柔嫩与粗壮2种组织结构。研究结果可为秧苗机械拔取的损伤评估和相关仿真分析提供参考。

锯齿状结构面剪切蠕变、松弛及长期强度研究

为对结构面的蠕变、松弛和长期强度进行综合分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,采用相同的分级加载方法,在岩石双轴流变试验机上对规则齿形结构面进行剪切蠕变试验和松弛试验.首先分析了蠕变特性与松弛特性的异同及蠕变和松弛过程中剪应力-位移曲线的差异,其次基于蠕变速率及蠕变与松弛关系,推导能够描述应力松弛的经验方程,最后分别基于蠕变试验和松弛试验确定结构面的长期强度,并对长期强度进行对比分析.研究结果表明:蠕变曲线与松弛曲线形态相似,变化趋势相反;蠕变变形量和应力松弛量都随结构面爬坡角的增大而增大;蠕变过程和松弛过程的剪应力-位移曲线显示两者的应力-应变路径不同,表明蠕变和松弛过程中能量变化不同,且由于不可逆功的存在,不能简单认为蠕变和松弛是等价的;本文提出的应力松弛方程,能够较好地描述松弛过程,但蠕变方程和松弛方程的拟合参数值相差约1个数量级;基于相同的机理,根据蠕变试验和松弛试验确定的结构面长期强度不同,相差约为9%,而且长期强度值与蠕变过程和松弛过程中剪应力-位移曲线的屈服强度比较接近.

锯齿形结构面剪切流变及非线性本构模型分析

为了对岩体结构面的蠕变和松弛特性进行比较分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,在岩石双轴流变试验机上对同一应力起点的规则齿形结构面进行剪切应蠕变试验和松弛试验.首先分析了的蠕变与松弛特性,其次对参数非线性流变本构模型的建立和求解进行探讨,最后采用参数非线性流变方程对试验曲线进行拟合.试验结果表明:结构面剪切蠕变曲线和松弛曲线都可以分为瞬时、衰减和稳定3个阶段;基于能量理论分析蠕变和松弛过程,显示蠕变是能量的注入与耗散过程,而松弛主要是能量的耗散过程;建立非线性流变模型时,应采用流变力学模型理论推导其本构方程;积分法与Laplace变换法求解蠕变方程或松弛方程时,相应的初始条件不相同;考虑黏性系数是与时间相关的非定常参数,提出了参数非线性Maxwell模型的蠕变方程和松弛方程,与试验曲线拟合结果比较理想;蠕变方程和松弛方程的拟合参数值不同,表明蠕变与松弛不等价且不能相互置换.

人颅骨粘弹性研究

本文对新鲜人颅骨小试件分别进行了压缩和拉伸的松驰、蠕变试验,运用线性粘弹性理论导出准静态下颅骨压缩和骨板拉伸时的粘弹性本构议程。利用Wood骨板单向拉伸的c～8曲线(ε=0.005/s～150/s),与出骨板拉伸时的动态粘弹性本构方程。讨论了准静态和动态粘弹性本构方程之间的关系。给颅脑损伤的理论分析和模拟试验研究提供了实用的基础资料。

生物软组织力学特性二维动态测试系统的研究

本文简述了生物软组织力学特性二维动态测试系统的设计。通过测量作用在软组织上的外力及软组织的形变 ,反映软组织力学特性。并以兔子腹部皮肤为对象 ,用本测试系统测量其滞后、松弛、蠕变特性 ,验证了本系统的可行性。

高聚物的长时标力学行为和寿命预测

对２种高聚物长时标力学行为和寿命预测的力学评估法进行了总结。提高应力加大形变量的加速破坏法，是在给定温度和很宽的应力水平下，分别测定蠕变断裂强度和断裂时间的方法。小形变蠕变或应力松弛统一组合直线作图法，是将经过相同老化温度、不同老化时间的试样，在相同温度和不同应力或应变水平下，在线性粘弹性范围内进行蠕变或应力松弛曲线测定的方法。以３种类型高聚物为实例，讨论了２种方法的优缺点和适用性。

印刷纸Z向力学特性研究

应用Laplace变换得出印刷纸z向力学模型的本构方程 ,并应用该方程分析徐变、回复及应力松弛特性 ,得到应力时间和应变时间的解析表达式。分析结果表明印刷纸z向的应力应变具有非线性关系 ,属于材料非线性问题。

合金凝固过程的微分型本构方程及其蠕变与松弛特性

指出了加强合金凝固温区力学特性研究的工程意义；基于作者近来的实验研究结果及所提出的流变模型，进一步揭示了合金凝固过程相应的微分型本构方程及其蠕变与松驰特性。

一种采用分数阶导数的新流变模型理论

提出了一种采用分数阶导数的新流变模型理论 ,它将分数微积分理论和经典模型理论的方法统一起来 ,使得模型的物理概念更明确 .使已有分散的分数阶导数模型工作系统化 ,使问题的解法系统化 .它克服了经典模型理论与实验结果吻合不好的严重缺点 ,仅采用很少几个元件组合就可获得很好的效果 .利用这种模型理论 ,可望构造出各种与实验结果吻合得很好的新固体和流体模型 .这种新模型理论可以满意地描述物体的瞬时弹性、延迟弹性、粘性流、塑性等性能 .

基于流变学理论的TRIP600钢本构模型研究

相变诱发塑性(Transformation induced plasticity,TRIP)钢在成形过程中容易发生开裂,主要是由于发生残余奥氏体向马氏体的转变,导致外力与变形不协调。其力学行为不仅有传统的弹性变形和塑性变形,还表现出与时间相关的黏性性质,因此在对其进行本构建模时有必要考虑时间因素对变形行为的影响作用。利用流变模型既可以通过不同构件的组合准确、合理地描述TRIP钢的软、硬相性质,还可以通过各个构件弹性、塑形及黏性系数的变化与组合描述TRIP钢在变形过程中残余奥氏体向马氏体转变的行为特性,即TRIP效应。本文基于流变学理论,对TRIP600的流变学本构模型进行研究和探讨,并最终建立TRIP600分别在蠕变和松弛试验条件下统一的本构方程。

人颅骨粘弹性本构方程——拉伸

本文运用线性粘弹性理论,根据人颅骨内扳和外扳拉伸松驰和蠕变试验结果,导出了颅骨骨扳车准静态下的本构关系。这对于颅脑损伤的分析计算和试验研究提供了参考资料。

铍青铜C17500应力松弛特性研究

铍青铜C17500作为超导材料用于电力连接器的弹簧触指。为了预防弹簧触指的应力松弛现象,从铍青铜材料本身应力松弛特性入手研究,建立基于Norton蠕变理论的单轴应力松弛模型,并结合Arrhenius理论进行模型改进。通过不同载荷和不同温度下的铍青铜应力松弛试验,拟合出改进的应力松弛本构方程,得出不同载荷和不同温度下模型参数的预测曲线,依据预测曲线实现对铍青铜材料在特定温度下不同应力水平的应力松弛特性分析。

基于蠕变试验的ZChSnSb11-6应力松弛特性研究

在相同温度下,对巴氏合金ZCh Sn Sb11-6做了蠕变试验,获得合金在Norton形式和指数形式下的稳态蠕变方程,并利用所得系数得到合金在两种形式下应力松弛计算公式。采用ANSYS有限元分析软件模拟巴氏合金ZCh Sn Sb11-6的应力松弛过程,得到松弛过程中的蠕变曲线,并比较了理论与有限元方法计算结果,两种方法相对误差不到0.5%。结果表明:在松弛过程中,Norton形式的蠕变速率比指数形式的蠕变速率小,且相比指数形式,Norton形式下的应力松弛计算公式精度更高,更适合于巴氏合金ZCh Sn Sb11-6.

GH4169合金的高温应力松弛行为及蠕变本构方程

针对涡轮盘用GH4169合金,在不同温度(550,650,750℃)下开展了应力松弛试验,并根据应力松弛曲线建立了蠕变本构方程。结果表明:GH4169合金在不同温度下的应力松弛曲线呈现出相同的特点,整个应力松弛过程可以分为快速松弛和缓慢松弛并趋于稳定两个区段;拟合曲线与试验曲线的符合程度表明二阶指数衰减函数可以很好地用来描述该合金的应力松弛过程;不同温度下应力-蠕变应变速率关系曲线可划分为低应力区、过渡区和高应力区三个区段,在低应力区与高应力区,应力与蠕变应变速率关系基本呈线性相关;通过Origin8.0软件对应力-蠕变应变速率关系曲线进行拟合得到了不同温度下的材料常数,建立了该合金的蠕变本构方程。

螺旋压缩弹簧应力松弛特性试验分析及其应用

本文通过应力松弛试验、理论推导及数值模拟研究了高温下螺旋压缩弹簧的应力松弛规律,并利用加速模型对工况下弹簧应力松弛服役寿命做出预测。首先,根据螺旋压缩弹簧的结构特点搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置,该装置不仅避免了传统测试方法存在的缺陷,而且能够保证试验过程中位移载荷恒定,并实时监测载荷变化。本文以某飞机舱门单锁机构中的螺旋压缩弹簧为试验对象进行了不同温度条件下的应力松弛试验,得到其松弛动力学曲线,并基于Arrhenius模型建立了弹簧在工况下的应力松弛服役寿命预测模型;其次,基于应力松弛和蠕变在本质上的一致性,结合金属材料蠕变规律并根据试验弹簧的受力特点,推导出用于描述试验材料松弛行为的蠕变本构方程,由试验结果获得该本构方程的材料常数;最后,通过该本构方程及材料常数,在ANSYS软件中对试验弹簧的松弛过程进行模拟,结果表明,模拟结果与试验结果误差不大于4%。因此,通过本文方法所建立的蠕变方程对弹簧在不同载荷条件下的应力松弛规律进行仿真分析具有一定的可行性与准确性。

含分数阶导数的粘弹性固体模型及其应用

从分数导数的定义出发 ,提出了在粘弹性经典模型理论中用Abel粘壶取代传统的牛顿粘壶的新观点 ,构造出来的含分数导数的标准线性体可以很好地描述真实材料的松弛和蠕变现象 ,并且其松弛模量和蠕变柔量可以严格作到Stieltjes卷积为单位阶跃函数 ;含分数导数的标准线性体模型可以在很宽广的频率范围内同时很好地模拟真实材料的存储模量和损耗模量 。

GH3536镍基变形高温合金的应力松弛行为与蠕变本构方程

对GH3536高温合金在变形温度为650、750和850℃和初应力为150、200和250 MPa条件下进行了多组应力松弛试验,研究了温度和初应力对GH3536高温合金应力松弛行为和松弛极限的影响,分析了应力松弛行为的特点。采用三次延迟函数对试验获得的松弛曲线进行了拟合,推导出蠕变应变速率与应力的关系,并基于分段蠕变本构方程对蠕变应变速率-应力曲线进行了拟合,并确定了方程中的材料常数。将蠕变本构方程代入ABAQUS有限元软件中对GH3536高温合金的应力松弛过程进行了模拟。结果表明,模拟数据与试验数据吻合较好,表明建立的蠕变本构方程可很好地描述GH3536高温合金在相应条件下的应力松弛行为。

高温螺栓法兰系统长时密封性能模拟计算

研究螺栓法兰接头高温力学和密封性能对其可靠性研究、预防静密封系统失效有重要意义,然而目前考虑长时间服役的法兰接头密封性能的研究相对较少,特别是针对需要保温的高温法兰接头。根据螺栓法兰接头各组件的变形量建立变形协调方程,使用ANSYS软件建立法兰接头有限元模型,计算高温工况以及不同蠕变时长下法兰接头各组件的应力分布规律。理论计算与有限元仿真结果相近,验证了建立的模型可用于评估高温法兰接头的长时密封性能。研究结果表明:螺栓法兰接头大应力集中在螺母与法兰表面接触处、法兰结构拐角处以及螺栓中间部位,螺栓载荷以及结构不连续导致的应力集中是产生大应力的主要原因;高温工况下,随着服役时间延长,法兰接头各组件应力均大幅度下降;通过强度和密封性能的校核发现,垫片蠕变是法兰接头失效的主要原因。