应力三轴度

摘要： 针对高速冲击、机械成型加工等数值模拟中广泛应用的Johnson-Cook(J-C)损伤模型失效参数求取问题,对18CrNiMo7-6合金钢材料开展了3个系列的力学实验。通过缺口试样准静态拉伸实验和有限元模拟,确定了既考虑空间分布效应,又考虑应变累积效应的应力三轴度的计算方法。结果表明:失效应变随应力三轴度的增大而减小;通过10^(-3)、10、10^(3)s^(-1)应变率下的拉伸实验与霍普金森拉杆(SHTB)冲击实验,发现随着应变率的增大,材料屈服强度有所增加,表明了材料有明显的应变率强化效应,并且失效应变随着应变率的增大而增大;在25、200、300、400°C的拉伸实验中发现随着温度的升高,材料屈服强度逐渐降低,但材料的抗拉强度在300°C时要高于200°C下的结果,并且随着温度的升高失效应变逐渐减小。根据上述实验结果拟合得到了J-C损伤模型失效参数,从拟合优度可以看出拟合所得参数的可靠性。最后通过Taylor冲击实验与有限元模拟进行验证,结果表明,当冲击速度为430 m/s时,实验与仿真得到的冲击试样均发生了破坏,并且有限元模拟得到的试样破坏形态与实验结果最大误差为6.3%,结果吻合良好,验证了所选用的J-C损伤模型的合理性以及实验所得参数的有效性。

摘要： 针对电磁超声信号信噪比低这一问题,在利用相对非线性系数预测抗拉强度的同时引入应力三轴度来提升塑性损伤试件抗拉强度预测的准确性。建立了电磁超声非线性检测塑性损伤试件的有限元三维仿真模型,计算两个特征参量:应力三轴度和相对非线性系数,研究试件的内部应力状态特征和电磁超声检测信号的频谱特征。仿真分析结果表明这两个特征参量敏感的损伤阶段不同,应力三轴度对塑性损伤中后期较为敏感,而相对非线性系数对前期损伤较为敏感。建立了电磁超声非线性检测塑性损伤试件的实验平台,对不同塑性损伤试件进行电磁超声检测,测得其相对非线性系数;通过电子万能试验机测得抗拉强度,进一步对不同塑性损伤试件的相对非线性系数与抗拉强度的关系以及应力三轴度与抗拉强度的关系进行了量化分析,把两个特征参量结合进行抗拉强度的预测可以提高其预测的准确度。

摘要： 为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类型。研究结果表明:弹条现场断裂位置普遍出现在小圆弧与中肢连接处,弹条在正常安装状态下其等效应力最大值出现在小圆弧与跟段连接处,与弹条现场断裂位置不一致,而最大应力三轴度以及最小应力软性系数与现场断裂位置高度吻合,表明应力状态参数可以更好地描述弹条的断裂危险点。在钢轨波磨引发的共振条件下,弹条最大应力三轴度以及最小应力软性系数同样出现在小圆弧与中肢连接处,并且弹条最大应力三轴度增大60.3%,最小应力软性系数减少5.4%,弹条更易于发生脆性断裂。弹条小圆弧与中肢连接处横断面的罗德系数显示,小圆弧内侧约等于1,外侧约等于-1,这表明此处横断面受弯曲应力作用。e型弹条在钢轨波磨引起的共振条件下,弹条小圆弧与中肢连接处易于产生微裂纹,同时小圆弧内侧拉应力场会加速裂纹扩展,从而导致弹条瞬间脆断。

摘要： 应力三轴度对船用钢的断裂损伤具有很强的影响。本文通过对典型船用钢Q345B、921A等两种金属材料开展不同应力三轴度下的力学性能试验,利用电镜扫描技术对各试件断裂后的破口进行观察,采用数值仿真手段对试件断裂过程进行模拟,揭示了应力三轴度对船用钢断裂破坏的影响机理。结果表明:(1)试件断裂过程中应力三轴度处于不断变化的过程(剪切试件除外),断裂时刻试件断口位置应力状态分布不一致,结合电镜扫描结果确定了各类试件起始破坏位置;(2)不同应力三轴度下试件断口形态存在较大区别,剪切试件主要形成剪切带而引起破坏,拉伸试件主要由孔洞成长形成韧窝破坏;(3)应力三轴度“断崖现象”与试件类型存在较大关系。本文的研究成果可为后续断裂准则的拟合及材料断裂力学性能试验的开展提供指导。

摘要： 为研究675高强装甲钢在受到弹丸冲击后的动态响应问题,需要确定一套适用于侵彻仿真计算的675装甲钢的材料模型.通过开展675装甲钢的动静态力学性能试验和材料断裂实验,并且根据实验结果对675装甲钢材料的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数进行了拟合.同时,根据弹道试验建立了仿真侵彻模型,将数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明:通过材料性能实验得到的675装甲钢的Johnson-Cook本构和失效模型应用于弹靶侵彻的数值仿真时,得到的仿真结果与弹道试验结果的平均误差为6.5%,最大误差不超过10%,拟合得到的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数的可靠性较高,对675装甲钢在冲击载荷下的仿真计算具有重要意义.

摘要： 目的结合复杂加载状态试验、塑性和损伤断裂本构模型及有限元应用,实现AA5182-O铝合金在复杂加载状态下塑性变形和损伤断裂行为的精确表征。方法通过拉伸、剪切等试验,研究5182-O在剪切、单向拉伸、平面应变拉伸等复杂应力状态下的力学性能,应用pDrucker方程来表征其复杂加载状态下的塑性变形和损伤断裂特性。采用逆向工程方法实现pDrucker屈服方程和pDrucker断裂准则的精确标定。将标定后的塑性本构模型和损伤断裂准则应用到ABAQUS/Explicit中,预测不同试件的塑性变形和损伤断裂情况。结果通过有限元模拟与试验结果的对比,发现有限元仿真准确预测了5182-O在复杂加载状态下的力-位移曲线和损伤断裂情况。结论有限元模拟与试验结果的对比表明,pDrucker方程可以实现5182-O铝合金在复杂加载状态下塑性成形性能的精确表征。标定的pDrucker方程可应用于5182-O冲压成形过程的有限元分析、模具设计和工艺优化中。

摘要： 结合混凝土试件的真三轴静载冲击实验结果,分别运用考虑应变率效应的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型和考虑静水压效应的Drucker-Prager(DP)模型进行数值分析,以探讨研究混凝土试样应变率效应和惯性效应的方法。在探究混凝土的应变率效应和横向惯性效应的关系时,使用HJC模型的数值模拟结果来拟合DP准则的各个参数。结果表明:随着应变率的升高,混凝土的强度会提高,并且这种强度的提高,也有一部分原因是第一应力不变量I_(1)的增大所导致的。因此,混凝土试件的应变率效应和横向惯性约束具有较强的耦合作用。理论和数值分析了冲击下试样内部的横向应力分布特征与应变率、静水压和试样尺寸的关系,结果发现:试样内部横向应力的幅值随着应变率、静水压的升高而增大,但随着试样尺寸的增大而减小。为了探讨横向惯性带来的强度提升效果,提出了一个有关冲击方向最大应力σ_(x)和等效应力σ_(e)的参数ξ,且ξ=(σ_(x)−σ_(e))/σ_(x)。此参数具有尺寸效应、应变率效应和静水压效应,但是此参数与应力三轴度的关系表现出应变率无关特性,可为应变率效应的研究提供新的思路。

摘要： 为了研究裂纹长度对异种金属焊接接头裂纹扩展驱动力的影响,采用机械预压缩法在裂纹前端引入残余应力,模拟了残余应力与外加载荷共同作用下焊接接头紧凑拉伸试样裂纹端部应力应变的分布。结果表明:裂纹长度会引起裂纹前缘残余应力场的显著改变;由于材料力学性能不均匀导致的焊缝界面处的应力偏差,会引起裂纹扩展方向发生变化;低屈服强度材料对应着更高的应力三轴度,裂纹的萌生,起裂和扩展都容易出现在镍基合金焊缝中。与长裂纹相比,短裂纹更容易发生起裂和扩展。

摘要： 工程应用中,金属材料和结构往往处于复杂应力状态。材料的塑性行为会受到应力状态的影响,要精确描述材料在复杂应力状态下的塑性流动行为,必须在本构模型中考虑应力状态效应的影响。然而,由于在动态加载下材料的应变率效应和应力状态效应相互耦合、难以分离,给应力状态效应的研究和模型的建立造成很大困难。通过对Ti-6Al-4V钛合金材料开展不同加载条件下的力学性能测试,提出了一个包含应力三轴度和罗德角参数影响的新型本构模型,并通过VUMAT用户子程序嵌入ABAQUS/Explicit软件。分别采用新提出的塑性模型和Johnson-Cook模型对压剪复合试样的动态实验进行了数值模拟。结果表明,新模型不仅在对材料本构曲线的拟合方面具有较强的优势,而且由该模型所得到的透射脉冲和载荷-位移曲线均更加准确。因此,该模型能够更精确地描述和预测金属材料在复杂应力状态下的塑性流变行为。

摘要： TA31钛合金由于其塑韧性高、可焊性好等优点,已成为深海装备的优先选用材料之一。本文以TA31钛合金为研究对象,首先开展典型钛合金试件的断裂性能试验,分析应力三轴度等参量对TA31钛合金断裂性能的影响规律,借助扫描电镜对试件的断后形态进行断口分析,阐明TA31钛合金在复杂应力状态下的断裂失效机理。然后,在Johnson-Cook模型中引入平均应力三轴度参数的影响,形成计及应力状态参量影响的本构关系模型,通过试件试验数据进行模型参数校准,建立适用于复杂应力状态下的TA31钛合金塑性硬化模型,并将该模型扩展应用于深潜器耐压球壳结构极限承载能力的评估中。本研究可为深海装备钛合金结构设计与评估提供研究基础。

摘要： 本文为研究应力三轴度对金属材料延性断裂过程的影响,以三点弯试件为研究对象,建立三维有限元模型,利用显示动力分析方法模拟了试件的延性断裂过程,分析了应力三轴度的应变路径和空间分布效应,结果表明:应力三轴度随等效塑性应变增加而增加;裂纹尖端处的应力三轴度在试件厚度方向对称分布,在中心处取得最大值,并对裂纹尖端塑性区面积具有显著影响;裂纹扩展方向的应力三轴度绝对值关于试件旋转中心对称分布.

摘要： 对7075铸态铝合金的光滑试样和有缺口试样分别进行室温下的准静态拉伸试验,针对每个试样采用ABAQUS有限元分析软件进行相对应的有限元模拟.分析实验数据和模拟结果,得到室温下,拉伸速率为0.004mm/s时7075铸态铝合金应力三轴度对断裂应变的影响规律.通过回归分析,建立了室温下7075铸态铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型.

摘要： 本文利用有限元辅助测试(Finite element Aided Testing,FAT)方法测得了四种工程材料的等效全程单轴本构关系,基于此全程本构关系对拉伸过程中漏斗试样的应力三轴度演化进行了有限元分析,并同基于Bridgman应力修正后的单轴本构关系得到的漏斗试样漏斗根部截面中心处应力三轴度计算公式结果进行了比较.得到了四种材料的等效全程单轴本构关系、破断应变、破断应力和漏斗根部截面上应力三轴度分布随截面中心Von-Mises等效应变的变化规律.同时基于三轴度理论还讨论了漏斗型试样的拉伸破断机理以及断口的形貌.

摘要： 在Gleeble-1500D热模拟机上对316LN钢做高温拉伸试验,温度为1050°C,应变速率为0.5s-1,试样尺寸为Φ10mm×l21.5mm,缺口半径分别为0.5mm、lmm、2mm和4mm,得到不同缺口半径试样的真应力-真应变曲线.通过数值模拟得到试样刚开始拉伸时的应力三轴度最大值及空洞形核时的临界损伤值,该损伤值随应力三轴度的增大而增大.通过对实验数据和模拟结果的回归分析,得到了应力三轴度与空洞形核应变的定量关系模型.

摘要： 对几种不同应力三轴度缺口试件进行冲击拉伸实验，结果表明：锂铝合金试件断口端面较平,反映材料最大失效应变的颈缩区塑性变形不明显。本实验研究范围中，锂铝合金缺口试件动态拉伸失效应变随着应力三轴度的增加略有降低；当试件结构尺寸h／l比值较小时，试件中部发生断裂；当比值较大时，实验中很大部分试件在螺纹端发生断裂。

摘要： 通过对P92钢焊接接头的蠕变过程进行数值模拟，获得了焊接接接头应力应变分布及随时间的变化规律。同时通过将焊接接头的力学参数与焊接接头蠕变孔洞进行对比后发现，焊接接头中FGHAZ的等效蠕变应变和应力三轴度共同控制蠕变IV型裂纹的产生和发展。

摘要： 韧性断裂准则作为材料成形极限中的重要指标，对于准确预测金属内部和表面韧性破坏发生的时间和位置、工艺制定和模具设计具有重要的意义.以45钢为材料采用不同形式的试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等实验，并利用金属塑性成形模拟专业软件对实验过程进行数值模拟，对工程中广泛使用的11种韧性断裂准则进行分类对比研究.指出Normalized Cockroft &Lathan和Brozzo断裂准则比较适用于高应力三轴度成形过程，而Ayada和Rice-Tracy断裂准则更适用于较低应力三轴度成形过程.

摘要： 运用SHPB开展了921钢剪切帽状试件和流体动力学帽状试件的动态加载实验，并对典型试件开展了金相观察。在材料应力应变关系研究的基础上，开展了试件动载变形过程的数值模拟分析，研究材料在两种应力三轴度状态下的破坏特性。

摘要： 运用静、动态实验测试了 TC4钛合金在不同应力状态三轴度、应变率和温度下的失效应变,结合动力学分析软件的材料模型对材料参量进行了分析。在此基础上,通过Taylor撞击实验及其数值模拟对材料的断裂失效参量进行了验证。

摘要： 在结构碰撞效应的有限元分析中，材料的失效参量是材料行为描述的一个重要方面。运用利用MTS810材料试验机和拉伸SHB装置分别开展了921钢材料的缺口试件的静动态拉伸实验，获得材料失效应变随应力状态三轴度变化的规律，比较了静动态状态下材料失效应变的差异。

摘要： 本发明公开了一种地应力测试用橡皮叉式三轴应变计线缆连接装置、三轴应变计及其使用方法，其包括引线连接器和引线安装仪，引线连接器包括第一外套，第一外套内依次设置连接座、补偿室、控向板，第一外套的后端设置封孔塞；连接座上设有插孔，插孔内设置接线柱；补偿室上设置引线孔和推杆底孔；控向板上设置穿孔；封孔塞的轴向设置推杆通孔和过线通孔；引线安装仪安装于引线连接器的后端，且引线安装仪包括套杆，套杆内设置推杆，且推杆经推杆通孔、穿孔伸入推杆底孔中，引线安装仪与引线连接器动态连接。本发明实现了三轴应变计与线缆连接，且搭建了钻进状态下岩心应变变化过程值量测的桥梁。

摘要： 本发明公开了一种高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器，属于油气储层评价测试仪器领域。包括壳体、加压装置、密封装置以及导流装置。加压装置包括轴向压头和水平压头，轴向压头包括与岩石样品顶面和底面抵接的2个轴向压头。水平压头包括与岩石样品各侧面抵接的若干水平压头。PEFT热缩管套设于2个轴向压头与岩石样品外。导流装置包括环形导流槽与导流管，环形导流槽与设置于轴向压头上的导流孔连通，导流孔设于轴向压头与岩石样品的接触面上，导流管与环形导流槽连通。本发明解决了现有岩心夹持器不能模拟高温和高孔隙压力的地层条件的问题，能够模拟真实地层高温、高压、真三轴应力下孔隙度渗透率测试条件，测试结果更加准确。

摘要： 本发明提供了一种三轴应力下多饱和度水合物合成、分解试验装置及方法，涉及室内试验测试技术领域，包括气体供应系统、水合物反应系统、气水回收系统和数据采集系统，气体供应系统用于提供气源并控制进气压力，水合物反应系统包括反应装置，气体供应系统连接管路分别与多个反应装置相连，反应装置包括多个微型反应釜，在反应釜内完成水合物的合成和分解试验，气水回收系统包括背压阀、气水分离器和背压容器，用于分类收集气体和水，数据采集系统监测温度、压力、流量和时间等数据，以及利用该装置进行试验的方法。该装置解决了测试不同饱和度水合物合成、分解需要分别试验，试验周期长的技术问题，还具有结构简单，操作方便等优点。

摘要： 本发明公开了一种地应力测试用橡皮叉式三轴应变计线缆连接装置、三轴应变计及其使用方法，其包括引线连接器和引线安装仪，引线连接器包括第一外套，第一外套内依次设置连接座、补偿室、控向板，第一外套的后端设置封孔塞；连接座上设有插孔，插孔内设置接线柱；补偿室上设置引线孔和推杆底孔；控向板上设置穿孔；封孔塞的轴向设置推杆通孔和过线通孔；引线安装仪安装于引线连接器的后端，且引线安装仪包括套杆，套杆内设置推杆，且推杆经推杆通孔、穿孔伸入推杆底孔中，引线安装仪与引线连接器动态连接。本发明实现了三轴应变计与线缆连接，且搭建了钻进状态下岩心应变变化过程值量测的桥梁。

摘要： 本实用新型提供了一种三轴应力下多饱和度水合物合成、分解试验装置，涉及室内试验测试技术领域，包括气体供应系统、水合物反应系统、气水回收系统和数据采集系统，气体供应系统用于提供气源并控制进气压力，水合物反应系统包括反应装置，气体供应系统连接管路分别与多个反应装置相连，反应装置包括多个微型反应釜，在反应釜内完成水合物的合成和分解试验，气水回收系统包括背压阀、气水分离器和背压容器，用于分类收集气体和水，数据采集系统监测温度、压力、流量和时间等数据。该装置解决了测试不同饱和度水合物合成、分解需要分别试验，试验周期长的技术问题，还具有结构简单，操作方便等优点。

摘要： 本发明公开了一种面向全应力三轴度范围的损伤模型参数标定方法，其采用压缩剪切实验装置对试样进行压缩剪切实验并采集相应的实验数据，在此基础上结合数值模拟和参数反求，优化迭代获得准确的损伤模型参数。本发明取得的实验数据更接近材料变形的实际过程，获得的损伤模型参数更为准确。通过将本发明获得的损伤模型用于金属塑性成形过程的数值模拟，可有效预测裂纹的出现，进而优化工艺参数，减少实际生产中的试模次数，降低生产成本。

摘要： 本发明公开了一种测量材料试样拉伸断裂试验过程中应力三轴度的方法，包括以下步骤：A、采用标准方法对材料试样进行拉伸断裂试验；B、采用DIC方法测量出拉伸断裂试验中材料试样上某点的主应变增量、次应变增量和等效应变；C、通过材料假定及转换公式获得该点在试验过程中应力三轴度随等效应变增加的变化趋势，获得该材料试样的应力三轴度－等效应变曲线；D、对获得的应力三轴度－等效应变曲线进行平均化处理，得到该材料试样的应力三轴度。本发明的方法无需构建复杂的本构模型，可直接通过试验测量结果即可进行应力三轴度的分析计算，其结果更依赖试验结果，更具备真实性和准确性，尤其适合用来进行板状试样在拉伸断裂试验中应力三轴度的测量。

摘要： 一种金属薄板加载过程中应力三轴度的计算方法，基于直接测量分析得到应变历程数据，通过建立对应变历程数据的插值分析处理，计算得到时间增量步长内的应力三轴度，据此建立各个区域的受力状态的定量表征。本发明的一种金属薄板加载过程中应力三轴度的计算方法，首先，直接获取板材加载过程应变历程数据，其次基于获取的应变历程数据，结合设置的数学处理方法，最终得到区域内的全部受力状态表征；通过此种方法确定的受力状态，提高了材料性能表征准确性。

摘要： 本发明公开了一种等静压加载实现负应力三轴度的力学实验方法及装置，包括以下步骤：实验准备，准备实验所需的压缩/拉伸/扭转试样，并将压缩/拉伸/扭转试样放入实验设备中；调整实验设备参数，设定实验所需静水应力值并检查设备密封性；进行静压加载力学实验，通过实验设备以一定速率进行力学压缩/拉伸/扭转实验；记录数据，将实验完成的压缩/拉伸/扭转试样取出并记录实验数据。本发明通过改变试样所受静水应力的大小进而实现不同应力三轴度下的力学实验，实验方法具有较高的可调节性，可以高效、准确的实现不同应力三轴度下的压缩/拉伸/扭转力学实验，为探索、验证金属的韧性断裂机制等相关研究提供了一种可靠、稳定的方法。

摘要： 本发明公开了一种面向全应力三轴度范围的损伤模型参数标定方法，其采用压缩剪切实验装置对试样进行压缩剪切实验并采集相应的实验数据，在此基础上结合数值模拟和参数反求，优化迭代获得准确的损伤模型参数。本发明取得的实验数据更接近材料变形的实际过程，获得的损伤模型参数更为准确。通过将本发明获得的损伤模型用于金属塑性成形过程的数值模拟，可有效预测裂纹的出现，进而优化工艺参数，减少实际生产中的试模次数，降低生产成本。