典型循环塑性和粘塑性本构模型对单轴棘轮行为预测能力评估

摘要

棘轮行为是指非对称应力控制循环加载下塑性变形的循环累积，其可导致疲劳寿命的减少或使结构的变形超过限制而不能正常工作，开展工程材料棘轮行为及其本构模型研究具有重要的工程应用价值。经过近几十年的努力，描述棘轮效应的本构模型也得到了很大的发展。但现有的本构模型各有优缺点，对棘轮应变的预测也不够精确。因此有必要对现有本构模型的预测能力比较和评估，为后续模型的进一步发展奠定基础。本文针对316L不锈钢、纯铝、紫铜和U71Mn轨道钢已有的实验结果，主要进行了以下工作:
　　(1)分别采用Dafalias-Popov模型，AF模型，OWⅠ模型，OWⅡ模型，AF-OWⅠ模型和AF-OWⅡ模型六种具有代表性的弹塑性循环本构模型模拟了316L不锈钢、纯铝、紫铜和U71Mn轨道钢不同金属材料的循环变形特性和单轴棘轮行为，对模型的预测能力做了评估，指出了不同模型预测方面的缺陷，结果显示AF-OWⅡ弹塑性模型的预测能力要优于其他模型。
　　(2)分别采用AF模型，OWⅠ模型，OWⅡ模型，AF-OWⅠ模型和AF-OWⅡ模型五种代表性的粘塑性循环本构模型模拟316L不锈钢、纯铝、紫铜和U71Mn轨道钢四种不同金属材料的循环变形特性和单轴棘轮行为，对模型的预测能力做了评估，指出了不同模型预测方面的缺陷，结果显示AF-OWⅡ弹塑性模型的预测能力要优于其他模型。
　　(3)在评估的基础上提出了对AF-OWⅠ本构模型的修改，并验证了修改模型的合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义

1．2 循环本构模型国内外研究现状

1．3 现有研究工作的不足

1．4 本论文的主要研究工作

第2章 典型循环本构模型及其有限元实现

2．1 Dafalias-Popov模型及其数值实现

2．1．1 Dafalias-Popov模型

2．1．2 数值实现过程

2．2 Armstrong-Frederick类本构模型

2．2．1 主控方程

2．2．2 随动硬化律

2．2．3 各向同性硬化律

2．2．4 材料参数的确定

2．2．5 AF类循环本构模型的数值实现

2．3 本章小结

第3章 典型循环弹塑性本构模型对单轴棘轮行为预测能力评估

3．1 典型弹塑性本构模型对316L不锈钢单轴棘轮行为预测能力评估

3．1．1 单拉模拟

3．1．2 棘轮行为预测结果评估

3．1．3 滞回环模拟

3．2 典型弹塑性本构模型对纯铝单轴棘轮行为预测能力评估

3．2．1 单拉模拟

3．2．2 棘轮行为预测结果评估

3．2．3 滞回环模拟

3．3 典型弹塑性本构模型对紫铜单轴棘轮行为预测能力评估

3．3．1 单拉模拟

3．3．2 棘轮行为预测结果评估

3．3．3 滞回环模拟

3．4 典型弹塑性本构模型对U71Mn轨道钢单轴棘轮行为预测能力评估

3．4．1 单拉模拟

3．4．2 棘轮行为预测结果评估

3．4．3 滞回环模拟

3．5 本章小结

第4章 典型循环粘塑性本构模型对单轴棘轮行为预测能力评估

4．1 典型粘塑性本构模型对316L不锈钢单轴棘轮行为预测能力评估

4．1．1 单拉模拟

4．1．2 棘轮行为预测结果评估

4．1．3 滞回环模拟

4．2 典型粘塑性本构模型对纯铝单轴棘轮行为预测能力评估

4．2．1 单拉模拟

4．2．2 棘轮行为预测结果评估

4．2．3 滞回环模拟

4．3 典型粘塑性本构模型对紫铜单轴棘轮行为预测能力评估

4．3．1 单拉模拟

4．3．2 棘轮行为预测结果评估

4．3．3 滞回环模拟

4．4 典型粘塑性本构模型对U71Mn轨道钢单轴棘轮行为预测能力评估

4．4．1 单拉模拟

4．4．2 棘轮行为预测结果评估

4．4．3 滞回环模拟

4．5 本章小结

第5章 模型改进

5．1 改进的模型

5．1．1 主控方程

5．1．2 随动硬化律

5．1．3 各向同性硬化律

5．1．4 材料参数

5．2 模拟结果

5．2．1 单拉模拟

5．2．2 棘轮行为预测结果

5．2．3 滞回环模拟

5．3 本章小结

结论

1．弹塑性本构模型对单轴棘轮行为预测能力评估结果

2．粘塑性本构模型对单轴棘轮行为预测能力评估结果

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文