1Cr18Ni9不锈钢时相关非比例多轴棘轮行为及其本构模型

摘要

棘轮行为是材料在非对称应力循环中产生的一种塑性应变累积现象。它会导致构件疲劳寿命的减少或使构件的变形超过限制而不能正常工作，是结构可靠性评价和寿命评估中必须要考虑的问题。目前开展的金属材料棘轮行为的实验研究和理论研究中，大部分是在单一加载速率和固定波形下进行的，而在加载率、荷载保持时间以及加载波形等时相关因素对金属材料棘轮行为的影响方面研究仍然不够深入，尤其是非比例多轴时相关棘轮行为的实验和本构模型研究。因此，获取不同温度、不同加载率、不同荷载保持时间以及不同加载波形等工况下金属材料单轴和非比例多轴棘轮行为的实验数据，进而发展更为精确的非比例多轴时相关棘轮本构模型，具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　本论文主要开展了如下研究工作:
　　(1)在室温、250℃和650℃下，对1Cr18Ni9不锈钢进行了系统的单轴和非比例多轴应力控制循环变形实验研究，揭示了不同温度和不同非比例多轴加载路径下材料的时相关棘轮行为及其演化特征，探讨了时相关棘轮行为对应力率、峰值应力保持时间和加载波形的依赖性以及非比例加载路径的影响，为时相关棘轮本构模型的建立提供实验基础。
　　(2)在统一粘塑性循环本构理论的框架下，以Abdel-Karim-Ohno提出的非线性随动硬化律为基础，通过引入一个能反映应力率及峰值应力保持时间对棘轮行为的时相关影响的“静力恢复项”，和在各向同性硬化律的演化中引入Tanaka定义的“非比例度”和并考虑温度的影响，发展了已有的粘塑性循环本构模型，提出了改进的非比例多轴时相关棘轮本构模型。
　　(3)针对改进的非比例多轴时相关棘轮本构模型，采用一套合理方法确定其材料参数，并通过径向回退的隐式积分算法进行了本构模型的数值实现。通过数值模拟和实验结果的比较可以看到:改进后的模型能够较好地模拟1Cr18Ni9不锈钢材料在不同温度下的单轴和非比例多轴时相关棘轮行为，合理地描述了时相关棘轮行为对应力率、保持时间、加载波形以及非比例加载路径的依赖性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 金属材料时相关棘轮行为的实验研究现状

1．3 金属材料时相关棘轮行为的本构模型研究现状

1．3．1 统一型粘塑性本构模型

1．3．2 分离型本构模型

1．3．3 非比例度

1．4 本文的主要研究内容

1．5 本文的主要创新研究点

第二章 1Cr18Ni9不锈钢单轴时相关棘轮行为的实验研究

2．1 实验条件和实验工况

2．2 单调拉伸

2．3 单轴应变循环行为

2．4 单轴时相关棘轮行为

2．4．1 应力率效应

2．4．2 峰值应力保持效应

2．4．3 加载波形效应

2．5 小结

第三章 1Cr18Ni9不锈钢非比例多轴时相关棘轮行为的实验研究

3．1 实验条件和实验工况

3．2 实验结果与分析

3．2．1室温实验结果

3．2．2 250℃实验结果

3．2．3 650℃实验结果

3．3 小结

第四章 1Cr18Ni9不锈钢时相关统一粘塑性棘轮本构模型及数值实现

4．1 统一粘塑性本构模型的改进

4．1．1 主控方程

4．1．2 随动硬化律

4．1．3 非比例度及各向同性硬化律

4．2 本构模型的数值实现

4．2．1 本构方程的离散

4．2．2 隐式应力积分方法

第五章 1Cr18Ni9不锈钢非比例多轴时相关棘轮行为的本构模拟

5．1 材料参数的确定

5．2 单拉曲线的模拟

5．3 单轴循环变形行为的模拟

5．3．1 应变控制循环

5．3．2 单轴棘轮行为

5．4 非比例多轴循环变形行为的模拟

5．4．1 非比例多轴应变控制循环

5．4．2 非比例多轴棘轮行为的模拟

5．5 小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文