双轴准静态和疲劳载荷下合金材料力学行为研究
发布时间：2020-12-22 03:16
合金材料在双轴载荷下的力学性能,对于指导材料设计、研究材料屈服行为以及裂纹扩展性能等方面都起到十分重要的作用。本文针对6061铝合金材料优化设计了双轴拉伸试件的形状和尺寸,开展了双轴准静态以及疲劳载荷试验,研究了6061铝合金材料在双轴拉伸应力条件下的屈服行为和双轴疲劳载荷下裂纹的扩展性能,本文主要研究内容如下:首先,根据十字形试件的设计要求,将Demmerle提出的基于试件试验区应力标准差的数学判据应用于有限元方法中,构造出优化判据。通过有限元分析计算出试件的应力分布,结合优化算法,实现十字形试件几何参数的优化设计。并对优化后的试件开展了等比例双轴拉伸试验,验证了优化试件的适用性。其次,采用优化后的试件尺寸并开展不同加载比例的双轴拉伸试验,分析其在双轴载荷下的屈服行为,并基于试验采集的数据计算不同加载比例下双轴方向真实应力-真实应变曲线。基于Drucker公设等理论推导出双轴方向应力与等效应力以及应变与等效应变的关系,结合试验数据,分别采用Mises屈服准则和Hill48屈服准则计算不同加载比例下双轴方向的真实应力-真实应变曲线,对比试验结果分析了不同屈服准则的精度及误差原因,确定能...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Shiratori试件
为了使试件试验区域的应力分布更加均匀,一些研究人员采用了在试件四臂开槽的设计方案。Makinde[3]在十字臂区开设切槽,并减小中心区的厚度,如图1-7所示。Abdelhay等[16]利用有限元研究了试件臂上的槽孔宽度对试验区应力均匀状态的影响,并确定了最优开槽尺寸。Rozumek等[20]也提出了一个变截面厚度的试件,以便在截面面积较小的试件试验区引入更高的应力水平。结果表明,这些措施可以有效地控制试验区应力应变的分布并提高了应力分量识别的方便性[11]。韩非等[13]同样验证了试验区减薄后应力计算的正确性。王颖晖等[12]以试件试验区的应力标准差作为均匀应力状态的数学判据,利用Powell优化方法,对各向同性的形状记忆合金材料十字形试件进行最优化设计,但应用在各向异性材料中还存在困难。邓国红等[21]针对臂上开槽型的十字形试件,用应力函数法分析了双向拉伸的应力分布,结合有限元模拟,结果表明试件试验区域的应力分布是均匀的。吴向东等[19]利用臂上开槽型十字形试件的双轴拉伸试验确定了材料的初始屈服面,结合强化规律和Drucker公设,推导出了相应的本构关系。为了进一步增大试验区的应力水平,使破坏更容易发生在试件试验区内,研究人员在四臂开槽的基础上,对中心试验区域进行了减薄处理。韩非等[13]用有限元模拟的方法分析了三种中心减薄的十字形试件,结果表明方形减薄和组合式减薄试件比十字槽型减薄的试件试验区有更好的应力均匀性,方形减薄试件更容易使得破坏发生在试验区,同时能更好地控制剪应力的位置和大小,避免试验区出现过大的应力集中现象。杨国标等[22]研究冲压成型的汽车车身覆盖件力学行为时,采用减薄开槽的十字形试件进行双轴拉伸试验,确定材料屈服强化阶段的材料特性常数,合理描述了材料的硬化行为。Makris等[23]为了进一步设计出满足双轴拉伸试验要求的试件,采用数值优化方法,结合有限元模型,对十字形试件的形状进行了优化,从而获得了试验区应力分布均匀且试验区外应力集中现象少的十字型试件。Baptista等[24]以试件厚度作为基本参数来构建试件的形状尺寸,并通过数值算法来优化几何参数。
同心平板
【参考文献】：
期刊论文
[1]板材等效应力-等效应变曲线的建立及分析[J]. 吴向东,万敏,王文平. 材料科学与工艺. 2009(02)
[2]基于耗散能密度的疲劳裂纹扩展规律研究[J]. 雷冬,赵建华,蔚夺魁. 实验力学. 2009(01)
[3]基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计[J]. 韩非,万敏,吴向东,王海波. 北京航空航天大学学报. 2007(05)
[4]十字形双向拉伸试验有限元模拟及分析[J]. 邓国红,余雄鹰,汤爱华. 重庆工学院学报(自然科学版). 2007(05)
[5]材料的双轴拉伸的规律的研究[J]. 杨国标,方如华,曾伟明,朱启荣,朱金龙. 实验力学. 2006(05)
[6]各向异性屈服准则的发展及应用[J]. 史艳莉,吴建军. 锻压技术. 2006(01)
[7]BH220钢板屈服轨迹的双向拉伸实验研究[J]. 吴向东,万敏,周贤宾,程国平. 塑性工程学报. 2004(01)
[8]功能材料双轴拉伸十字板试件的优化设计[J]. 王颖晖,方岱宁. 力学学报. 2002(05)
[9]双向拉伸试验的进展与钛板双向拉伸的强化研究[J]. 任家陶,李冈陵,豆志武,赖伟栋. 实验力学. 2001(02)
[10]复杂加载路径下板料屈服强化与成形极限的研究进展[J]. 万敏,周贤宾. 塑性工程学报. 2000(02)
硕士论文
[1]不同应力比下ADB610钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究[D]. 韦龙.昆明理工大学 2015
[2]经编织物复合材料在双轴载荷下的力学行为研究[D]. 宋乐颖.哈尔滨工业大学 2013
[3]结构疲劳裂纹扩展的数值模拟[D]. 王永伟.大连理工大学 2006
本文编号：2931037
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Shiratori试件
为了使试件试验区域的应力分布更加均匀,一些研究人员采用了在试件四臂开槽的设计方案。Makinde[3]在十字臂区开设切槽,并减小中心区的厚度,如图1-7所示。Abdelhay等[16]利用有限元研究了试件臂上的槽孔宽度对试验区应力均匀状态的影响,并确定了最优开槽尺寸。Rozumek等[20]也提出了一个变截面厚度的试件,以便在截面面积较小的试件试验区引入更高的应力水平。结果表明,这些措施可以有效地控制试验区应力应变的分布并提高了应力分量识别的方便性[11]。韩非等[13]同样验证了试验区减薄后应力计算的正确性。王颖晖等[12]以试件试验区的应力标准差作为均匀应力状态的数学判据,利用Powell优化方法,对各向同性的形状记忆合金材料十字形试件进行最优化设计,但应用在各向异性材料中还存在困难。邓国红等[21]针对臂上开槽型的十字形试件,用应力函数法分析了双向拉伸的应力分布,结合有限元模拟,结果表明试件试验区域的应力分布是均匀的。吴向东等[19]利用臂上开槽型十字形试件的双轴拉伸试验确定了材料的初始屈服面,结合强化规律和Drucker公设,推导出了相应的本构关系。为了进一步增大试验区的应力水平,使破坏更容易发生在试件试验区内,研究人员在四臂开槽的基础上,对中心试验区域进行了减薄处理。韩非等[13]用有限元模拟的方法分析了三种中心减薄的十字形试件,结果表明方形减薄和组合式减薄试件比十字槽型减薄的试件试验区有更好的应力均匀性,方形减薄试件更容易使得破坏发生在试验区,同时能更好地控制剪应力的位置和大小,避免试验区出现过大的应力集中现象。杨国标等[22]研究冲压成型的汽车车身覆盖件力学行为时,采用减薄开槽的十字形试件进行双轴拉伸试验,确定材料屈服强化阶段的材料特性常数,合理描述了材料的硬化行为。Makris等[23]为了进一步设计出满足双轴拉伸试验要求的试件,采用数值优化方法,结合有限元模型,对十字形试件的形状进行了优化,从而获得了试验区应力分布均匀且试验区外应力集中现象少的十字型试件。Baptista等[24]以试件厚度作为基本参数来构建试件的形状尺寸,并通过数值算法来优化几何参数。
同心平板
【参考文献】：
期刊论文
[1]板材等效应力-等效应变曲线的建立及分析[J]. 吴向东,万敏,王文平. 材料科学与工艺. 2009(02)
[2]基于耗散能密度的疲劳裂纹扩展规律研究[J]. 雷冬,赵建华,蔚夺魁. 实验力学. 2009(01)
[3]基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计[J]. 韩非,万敏,吴向东,王海波. 北京航空航天大学学报. 2007(05)
[4]十字形双向拉伸试验有限元模拟及分析[J]. 邓国红,余雄鹰,汤爱华. 重庆工学院学报(自然科学版). 2007(05)
[5]材料的双轴拉伸的规律的研究[J]. 杨国标,方如华,曾伟明,朱启荣,朱金龙. 实验力学. 2006(05)
[6]各向异性屈服准则的发展及应用[J]. 史艳莉,吴建军. 锻压技术. 2006(01)
[7]BH220钢板屈服轨迹的双向拉伸实验研究[J]. 吴向东,万敏,周贤宾,程国平. 塑性工程学报. 2004(01)
[8]功能材料双轴拉伸十字板试件的优化设计[J]. 王颖晖,方岱宁. 力学学报. 2002(05)
[9]双向拉伸试验的进展与钛板双向拉伸的强化研究[J]. 任家陶,李冈陵,豆志武,赖伟栋. 实验力学. 2001(02)
[10]复杂加载路径下板料屈服强化与成形极限的研究进展[J]. 万敏,周贤宾. 塑性工程学报. 2000(02)
硕士论文
[1]不同应力比下ADB610钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究[D]. 韦龙.昆明理工大学 2015
[2]经编织物复合材料在双轴载荷下的力学行为研究[D]. 宋乐颖.哈尔滨工业大学 2013
[3]结构疲劳裂纹扩展的数值模拟[D]. 王永伟.大连理工大学 2006
本文编号：2931037
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