發(fā)布時(shí)間：2020-04-17 03:32

【摘要】：棘輪行為指材料在非對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)加載下產(chǎn)生的塑性應(yīng)變的循環(huán)累積現(xiàn)象。工程構(gòu)件在工作中多會(huì)承受非對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)載荷,如壓力容器、核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)、電子封裝器件等,棘輪行為將會(huì)對(duì)這些構(gòu)件的壽命、結(jié)構(gòu)的可靠性產(chǎn)生影響,因此針對(duì)材料棘輪行為建立循環(huán)本構(gòu)模型有重要的工程應(yīng)用價(jià)值,同時(shí)也推動(dòng)了固體力學(xué)學(xué)科的發(fā)展。自上世紀(jì)以來,作為固體力學(xué)研究的重要方向,國內(nèi)外學(xué)者在棘輪行為實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了諸多本構(gòu)模型,然而目前提出的循環(huán)本構(gòu)模型均存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及局限性,更為合理精確的本構(gòu)模型仍然有待研究。另外,有限元軟件大量應(yīng)用于工程構(gòu)件強(qiáng)度校核及變形的模擬,然而有限元軟件在材料棘輪應(yīng)變的預(yù)測(cè)有明顯的缺陷,無法滿足工程實(shí)際需求,因此有必要將更為成熟合理的本構(gòu)模型移植到有限元程序中,提高有限元軟件預(yù)測(cè)精度的同時(shí)促進(jìn)棘輪本構(gòu)模型的發(fā)展。本文針對(duì)上述問題主要進(jìn)行了以下工作:在統(tǒng)一粘塑性循環(huán)本構(gòu)理論框架下,以O(shè)hno-Abdel-Karim非線性隨動(dòng)硬化模型為基礎(chǔ),建立了一個(gè)循環(huán)本構(gòu)模型。模型通過引入塑性應(yīng)變幅值記憶效應(yīng),并在塑性應(yīng)變記憶項(xiàng)中加入恢復(fù)系數(shù),提高了對(duì)循環(huán)硬化材料單軸行為的預(yù)言能力。多軸模型中通過引入Tanaka提出的非比例度效應(yīng),描述多軸加載中因路徑不同產(chǎn)生非比例附加硬化,提高模型對(duì)多軸棘輪行為預(yù)測(cè)能力。通過和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn):本文模型可以合理的描述316L不銹鋼的單、多軸棘輪變形,模擬數(shù)據(jù)均與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。針對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用,本文提出優(yōu)化棘輪參數(shù)的Ohno-Abdel-Karim模型,雖然預(yù)測(cè)精度低于含塑性應(yīng)變記憶效應(yīng)模型,但其具有更為簡化的結(jié)構(gòu),移植有限元軟件中利于程序收斂符合工程實(shí)際。將模型使用Fortran編寫ABAQUS的用戶子程序UMAT,有限元模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明:本文提出的優(yōu)化模型提高了有限元軟件對(duì)材料單軸棘輪行為的模擬精度,同時(shí)證實(shí)了本構(gòu)模型有限元移植的成功。
【圖文】：

３１６Ｌ不銹鋼棒材，分別進(jìn)行了軸向拉伸，第一組采用恒定應(yīng)變率２邋Ｘ１０－３，第二組采逡逑用分段變化應(yīng)變率：４邋Ｘ邋１０—邋３％邋—邋２邋Ｘ邋１0－３邋６0／0邋—邋１邋ｘ邋１（Ｔ２邋９％邋—邋２邋Ｘ邋１０－３邋１２％。兩逡逑組單拉曲線如圖２．４所示：逡逑邐邐邐邐邋５００邋邐邐邐邐邐逡逑５00邋－邐一逡逑４００邋－逡逑４００邋－邐＾邐＾’逡逑§．邐｜邐３００邐－逡逑％邐３００邐－邐之邐／Ｔ逡逑ｂ邐＼邐％邐２００邐Ｉ逡逑２００邐＾邐＂Ｓ逡逑１００邋．邋１００邋■逡逑Ｑ邐．邐｜邐．邐Ｉ邐■邐Ｉ邐■邐＿邐■邐0邋■邐，邋■邐Ｉ邐１邐＿邐１逡逑０２４６８邐１０邐0邐５邐１０逡逑應(yīng)變Ｅ，邋％邐應(yīng)變Ｓ，邋％逡逑（ａ）恒定應(yīng)變率單軸拉伸邐（ｂ）變速率單軸拉伸逡逑圖２．４單軸拉伸的應(yīng)力－應(yīng)變曲線逡逑由圖２．４可知３１６Ｌ不銹鋼呈現(xiàn)出明顯的率相關(guān)性，因此考慮率相關(guān)模型是十分必要的。逡逑２．３．１材料參數(shù)的確定逡逑材料參數(shù)尤和》通過擬合不同應(yīng)變率下的單軸拉伸曲線得到［２４］。單軸拉伸試驗(yàn)中逡逑通過拉伸速率的改變得到應(yīng)力不同而應(yīng)變相同的兩點(diǎn)的數(shù)據(jù)（？＜，九），（心九），關(guān)系逡逑式如下：逡逑Ａａ＝Ｋ（ｐ｛＂邋－邋ｐ｛＂）邐（２．５０）逡逑Ａｅｒ邋＝邋ａＡ—邋ａＢ邐（２．５１）逡逑按此方法提取多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過最小二乘法擬合確定參數(shù)尤和”逡逑￥和單拉曲線分別由式（２．５１）和式（２．５２）確定

３１６Ｌ不銹鋼棒材，分別進(jìn)行了軸向拉伸，第一組采用恒定應(yīng)變率２邋Ｘ１０－３，第二組采逡逑用分段變化應(yīng)變率：４邋Ｘ邋１０—邋３％邋—邋２邋Ｘ邋１0－３邋６0／0邋—邋１邋ｘ邋１（Ｔ２邋９％邋—邋２邋Ｘ邋１０－３邋１２％。兩逡逑組單拉曲線如圖２．４所示：逡逑邐邐邐邐邋５００邋邐邐邐邐邐逡逑５00邋－邐一逡逑４００邋－逡逑４００邋－邐＾邐＾’逡逑§．邐｜邐３００邐－逡逑％邐３００邐－邐之邐／Ｔ逡逑ｂ邐＼邐％邐２００邐Ｉ逡逑２００邐＾邐＂Ｓ逡逑１００邋．邋１００邋■逡逑Ｑ邐．邐｜邐．邐Ｉ邐■邐Ｉ邐■邐＿邐■邐0邋■邐，邋■邐Ｉ邐１邐＿邐１逡逑０２４６８邐１０邐0邐５邐１０逡逑應(yīng)變Ｅ，邋％邐應(yīng)變Ｓ，，邋％逡逑（ａ）恒定應(yīng)變率單軸拉伸邐（ｂ）變速率單軸拉伸逡逑圖２．４單軸拉伸的應(yīng)力－應(yīng)變曲線逡逑由圖２．４可知３１６Ｌ不銹鋼呈現(xiàn)出明顯的率相關(guān)性，因此考慮率相關(guān)模型是十分必要的。逡逑２．３．１材料參數(shù)的確定逡逑材料參數(shù)尤和》通過擬合不同應(yīng)變率下的單軸拉伸曲線得到［２４］。單軸拉伸試驗(yàn)中逡逑通過拉伸速率的改變得到應(yīng)力不同而應(yīng)變相同的兩點(diǎn)的數(shù)據(jù)（？＜，九），（心九），關(guān)系逡逑式如下：逡逑Ａａ＝Ｋ（ｐ｛＂邋－邋ｐ｛＂）邐（２．５０）逡逑Ａｅｒ邋＝邋ａＡ—邋ａＢ邐（２．５１）逡逑按此方法提取多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過最小二乘法擬合確定參數(shù)尤和”逡逑￥和單拉曲線分別由式（２．５１）和式（２．５２）確定
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG142.71

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 康國政;高慶;;棘輪行為及其本構(gòu)模型和工程應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

2 張娟;高慶;康國政;劉宇杰;;304不銹鋼高溫非比例多軸應(yīng)變循環(huán)變形行為研究[J];核動(dòng)力工程;2006年04期

3 田濤,陳旭,安柯;1Cr18Ni9Ti不銹鋼多軸棘輪效應(yīng)試驗(yàn)研究[J];機(jī)械工程材料;2002年01期

4 康國政,高慶,蔡力勛,楊顯杰,孫亞芳;304不銹鋼非比例循環(huán)棘輪行為的實(shí)驗(yàn)研究[J];金屬學(xué)報(bào);2000年05期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 董亞偉;多晶金屬棘輪行為的微觀機(jī)理及相關(guān)本構(gòu)模型研究[D];西南交通大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2630401