金属材料单轴时相关棘轮—疲劳交互作用行为

摘要：棘轮行为是指在非对称应力制约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,是结构构件安全性、可靠性及疲劳寿命预测等实际工程结构设计中需考虑的一个重要因素。大多数金属材料在具有一定平均应力、应力制约循环加载下都会产生棘轮效应,而且很多材料的棘轮行为都是时相关的(受加载速率和荷载峰谷值保持时间等的影响),由此对这种类型荷载下的材料和结构构件进行疲劳寿命浅析时,必须要考虑时相关棘轮行为和疲劳行为之间的交互作用。基于以上考虑,本论文对两种不同的金属材料调质42CrMo钢和SS304不锈钢进行了系统的单轴时相关棘轮-疲劳交互作用实验探讨,并改善现有的本构模型对两种材料的全寿命棘轮行为进行了模拟,这对于构件的合理利用和可靠性设计具有重要的工程参考价值。主要展开了以下工作：(1)对循环硬化材料SS304不锈钢在室温和高温(100℃和300℃)下的循环软／硬化行为以及单轴循环加载下的棘轮-疲劳交互作用行为进行了实验探讨。讨论了不同温度下平均应力,应力幅值,加载速率和峰值保持时间对材料单轴棘轮行为和疲劳寿命的影响。(2)对循环软化材料调质42CrMo钢在室温下的时相关棘轮-疲劳交互作用行为进行了系统的实验探讨,主要讨论了峰值保持时间和不同应力加载率对棘轮行为以及疲劳寿命的影响。(3)基于连续损伤力学和统一粘塑性循环本构的框架并在实验观察的基础上,在Abdel-Karim-Ohno随动硬化律的基础上,加入静力恢复项,并引入损伤,得到了一个新的耦合损伤时相关粘塑性本构模型,并对调质42CrMo钢其全寿命棘轮行为进行模拟,发现模拟结果和实验结果吻合较好。(4)对循环硬化材料SS304不锈钢,利用能较好描述棘轮行为的AF+OWⅡ本构模型,对其在室温和高温(100℃)下的全寿命棘轮行为进行了木构模拟,得到了较好的结果。关键词：棘轮行为论文本构模型论文时相关论文疲劳论文损伤论文粘塑性论文

摘要6-7

ABSTRACT7-11

第1章 绪论11-21

1.1 探讨作用11-12

1.2 金属材料棘轮行为及疲劳探讨近况12-19

1.2.1 实验探讨12-14

1.2.2 本构模型探讨14-19

1.3 本论文主要探讨工作19-20

1.4 本论文的主要探讨革新点20-21

第2章 时相关棘轮-疲劳交互作用实验探讨21-41

2.1 实验条件21-22

2.2 单轴拉伸实验22-24

2.2.1 蠕变实验23-24

2.3 率相关应变循环实验探讨24-26

2.4 棘轮-疲劳交互作用实验探讨26-39

2.4.1 材料循环特性行为26-28

2.4.2 棘轮-疲劳交互作用28-36

2.4.3 单轴应力循环疲劳寿命36-39

2.5 小结39-41

第3章 调质42CrMo钢全寿命棘轮行为的粘塑性本构描述41-57

3.1 损伤变量的演化41-43

3.2 耦合损伤时相关粘塑性本构模型43-49

3.2.1 热力学框架43-47

3.2.2 耦合损伤时相关粘塑性本构模型47-49

3.3 材料参数的确定49-52

3.4 调质42CrMo钢全寿命棘轮行为模拟52-56

3.4.1 单拉模拟52

3.4.2 单轴时相关全寿命棘轮模拟52-56

3.5 小结56-57

第4章 SS304不锈钢全寿命棘轮行为的粘塑性本构模拟57-64

4.1 粘塑性本构模型57-59

4.2 材料参数的确定59-61

4.3 SS304不锈钢全寿命棘轮行为模拟61-63

4.3.1 单拉模拟61

4.3.2 全寿命棘轮行为模拟61-63

4.4 小结63-64

结论与展望64-66

致谢66-67