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基于弹性空间的304不锈钢单轴棘轮的数值模拟

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机械工程材料 2014年第11期38卷 80-83,103页

作者：姜公锋孙亮陈钢华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 中国特种设备检测研究院北京100013

通过室温下单轴棘轮试验研究了304不锈钢的单轴棘轮机理,并建立了相应的迭代方程来模拟材料的单轴棘轮应变。结果表明:304不锈钢的弹性空间-塑性应变关系曲线和背应力-塑性应变曲线同时存在,并都能表明其循环应变强化特性;模拟结果和试... 详细信息

通过室温下单轴棘轮试验研究了304不锈钢的单轴棘轮机理,并建立了相应的迭代方程来模拟材料的单轴棘轮应变。结果表明:304不锈钢的弹性空间-塑性应变关系曲线和背应力-塑性应变曲线同时存在,并都能表明其循环应变强化特性;模拟结果和试验结果吻合较好,证明了从弹性空间-塑性应变关系角度能够合理解释单轴棘轮机理。

关键词： 304不锈钢单轴棘轮弹性空间塑性应变

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Zr-4合金各向异性单轴棘轮行为研究

Zr-4合金各向异性单轴棘轮行为研究

作者：李华天津大学

学位级别：硕士

本文对核电站中广泛使用的核燃料包壳材料Zr-4合金在室温下进行了一系列单调拉伸、压缩和单轴棘轮试验研究。试验结果表明该材料在室温下：（1）呈现出明显的率相关性和粘塑性的力学行为特征;（2）拉伸和压缩方向表现出初始各向异性的... 详细信息

本文对核电站中广泛使用的核燃料包壳材料Zr-4合金在室温下进行了一系列单调拉伸、压缩和单轴棘轮试验研究。试验结果表明该材料在室温下：（1）呈现出明显的率相关性和粘塑性的力学行为特征;（2）拉伸和压缩方向表现出初始各向异性的力学行为;（3）在变平均应力方向的单轴棘轮试验中展现出明显的各向异性棘轮行为，压缩平均应力方向的棘轮应变水平明显低于拉伸方向;（4）棘轮应变水平随平均应力和应力幅值的增大而提高，随应力率的增大而降低;（5）单轴棘轮行为受加载历史影响显著：相同的加载条件下，有加载历史的试样棘轮应变水平要比无加载历史的低;高应力水平和低应力率的加载历史会抑制后续的低应力水平和高应力率下的棘轮应变累积，导致棘轮效应趋于安定。反之，对棘轮应变的累积影响不大。 Zr-4合金材料初始拉伸和压缩方向的力学性能差异，尤其是屈服应力的差别，导致了其在变平均应力方向棘轮试验中展现出各向异性行为。在粘塑性本构框架下，以Ohno-Wang随动强化准则为基础，通过引入屈服准则中一个初始背应力，得到了一个可以描述材料各向异性棘轮行为的粘塑性本构模型，其中的初始背应力及相关参数可由简单方法确定。对比Zr-4合金单轴棘轮试验与预测结果发现，该模型可以较好的描述其室温下的各向异性单轴棘轮行为。

关键词： Zr-4合金各向异性粘塑性单轴棘轮本构模型

Zr-4合金高温单轴棘轮效应和棘轮疲劳性能研究

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Zr-4合金高温单轴棘轮效应和棘轮疲劳性能研究

作者：成海超天津大学

学位级别：硕士

Zr-4合金管作为核电站燃料包壳材料,在服役过程中常常受到交变载荷作用。在非对称交变载荷下材料会产生棘轮效应,从而发生棘轮疲劳失效。在高温下对Zr-4合金管进行棘轮效应和棘轮疲劳性能进行研究,对核电站设计及安全运行具有重要意义... 详细信息

Zr-4合金管作为核电站燃料包壳材料,在服役过程中常常受到交变载荷作用。在非对称交变载荷下材料会产生棘轮效应,从而发生棘轮疲劳失效。在高温下对Zr-4合金管进行棘轮效应和棘轮疲劳性能进行研究,对核电站设计及安全运行具有重要意义。本文在400℃下对核反应堆燃料包壳材料Zr-4合金管进行了一系列单轴拉伸试验、应变幅值递增试验、单轴棘轮试验、应力控制下对称和非对称疲劳试验,并使用Ohno-Wang II模型结合各向同性强化准则对Zr-4合金棘轮效应进行数值模拟,基于Basquin模型使用Goodman模型、Gerber模型、SWT模型、Walker模型对Zr-4合金管的棘轮疲劳寿命进行预测。Zr-4合金在室温下表现为循环软化,在400℃时表现为循环稳定并有轻微的循环硬化性质。Zr-4合金具有率相关性,单轴棘轮应变水平随平均应力和应力幅值的增大而提高,随加载率的增大而降低。Zr-4合金具有显著的历史记忆效应,加载历史会抑制棘轮应变的产生;应力率加载顺序对棘轮行为有影响,但当平均应力和应力幅值相同时,不同的应力率加载顺序不会显著影响最终的棘轮应变。棘轮行为对温度很敏感,在相同的归一化应力(?(28)?/0.2?)水平下,400℃下的棘轮应变小于室温下的棘轮应变。本文在粘塑性本构框架下以OW-II随动硬化律为基础,结合各向同性硬化准则对Zr-4合金单轴拉伸、应变循环、单轴棘轮行为进行数值模拟。棘轮疲劳试验结果表明:全寿命范围的棘轮行为可分为三个阶段,快速增长、稳定阶段、断裂阶段。断裂时的棘轮应变随平均应力和应力幅值的增加而变大。带有平均应力的疲劳寿命比相同应力幅值的对称加载疲劳寿命要低,棘轮效应会产生附加损伤从而缩短材料的疲劳寿命。使用四种模型对应力幅值进行修正,预测结果表明SWT模型和Walker模型预测较好。

关键词： Zr-4合金单轴棘轮本构模型棘轮疲劳寿命预测

奥氏体不锈钢Z2CND18.12N单轴棘轮行为研究

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奥氏体不锈钢Z2CND18.12N单轴棘轮行为研究

作者：于敦吉天津大学

学位级别：硕士

本文对压水堆核电站一回路辅助管道材料Z2CND18.12N奥氏体不锈钢在室温下进行了一系列单轴拉伸、应变循环和单轴棘轮实验研究。实验结果表明该材料在室温下:（1）力学行为呈现出粘塑性特征,应力应变响应具有率相关性;（2）表现出初始循... 详细信息

本文对压水堆核电站一回路辅助管道材料Z2CND18.12N奥氏体不锈钢在室温下进行了一系列单轴拉伸、应变循环和单轴棘轮实验研究。实验结果表明该材料在室温下:（1）力学行为呈现出粘塑性特征,应力应变响应具有率相关性;（2）表现出初始循环硬化后渐缓软化至循环稳定的循环特性,总体而言,是一种循环硬化的材料;（3）单轴棘轮应变水平随平均应力和应力幅值的增大而提高,随加载率的增大而降低,而且对较低的加载率更为敏感;（4）相同的加载条件下,经过老化处理的试样棘轮应变水平比未老化的高;（5）单轴棘轮行为受加载历史影响显著:恒定的加载率条件下,高载荷水平的加载历史会导致后续的低载荷水平下棘轮效应安定;恒定的载荷水平下,低加载率的加载历史会导致后续的高加载率下棘轮效应安定。反之,棘轮应变继续累积,但棘轮应变水平比相同加载条件下无加载历史的低。在粘塑性本构框架下,以Ohno-WangII随动硬化律为基础,结合各向同性硬化准则,发展了一个新的模型,并通过一套简单的方法确定了模型的相关参数。对应变循环实验和单轴棘轮实验的预测结果和实验结果对比表明该模型基本可以对Z2CND18.12N不锈钢室温下的应变循环和单轴棘轮行为作统一的描述。

关键词： Z2CND18.12N 不锈钢粘塑性单轴棘轮本构模型

压水堆一回路辅助管道奥氏体不锈钢单轴棘轮—疲劳特性研究

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压水堆一回路辅助管道奥氏体不锈钢单轴棘轮—疲劳特性研究

作者：王勇天津大学

学位级别：硕士

在室温下研究了核电站压水堆一回路辅助管道材料Z2CND18.12N和Z2CN18.10奥氏体不锈钢的基本力学性能、循环硬化/软化特性和单轴棘轮特性。重点考察了预应变对Z2CN18.10不锈钢单轴棘轮特性的影响。室温下的试验结果表明：（1）Z2CND18.12... 详细信息

在室温下研究了核电站压水堆一回路辅助管道材料Z2CND18.12N和Z2CN18.10奥氏体不锈钢的基本力学性能、循环硬化/软化特性和单轴棘轮特性。重点考察了预应变对Z2CN18.10不锈钢单轴棘轮特性的影响。室温下的试验结果表明：（1）Z2CND18.12N比Z2CN18.10具有更高的屈服极限、拉伸强度和抗棘轮变形能力，Z2CN18.10不锈钢表现出更好的延展性;（2）两种不锈钢均表现出明显的率相关性，达到相同塑性应变的应力响应与加载率正相关。（3）幅值为1%对称应变循环下Z2CN18.10不锈钢表现出初始循环硬化后逐渐循环软化直到循环稳定。（4）拉伸预应变抑制棘轮应变的累积，较低水平拉伸预应变对棘轮应变的抑制作用随着循环圈数的增加逐渐消失;（5）较低水平的压缩预应变促进棘轮应变的累积而较高水平的压缩预应变抑制棘轮应变的增长;（6）拉伸预应变提高了Z2CN18.10不锈钢的疲劳寿命而压缩预应变降低了材料的疲劳寿命;（7）提出一个引入预应变参数C pre的SWT修改模型能很好地预测本试验条件下的所有疲劳寿命;（8）通过引入预应变指数n c将修正模型延伸为更通用的形式。采用十多组文献数据验证了修正模型的可靠性，同时提出修正模型的适用条件。另外，在Ohno-WangⅡ随动强化律基础上，考虑了率无关模型、率相关模型、参数修正模型和各向随动强化模型对预应变条件下的棘轮应变进行本构描述。上述四个模型对拉伸预应变条件下的棘轮应变预测效果较好。背应力修正模型和各向同性强化模型改善了压缩预应变条件下棘轮应变的预测，但同样存在过高预测棘轮应变的趋势。

关键词：奥氏体不锈钢单轴棘轮预应变疲劳模型本构模型

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304不锈钢的单轴棘轮效应试验

304不锈钢的单轴棘轮效应试验

第五届全国MTS材料试验学术会议

作者：蔡力勋罗海丰孙亚芳西南交通大学应用力学研究所

在试验基础上,分析了304不锈钢的单轴棘轮变形特征、应力历史对饱和棘轮应变的贡献,微应力对棘轮变形的影响特性,以及饱和棘轮变形对低周疲劳的影响。结果表明,峰值应力是影响棘轮变形的制约因素;先前较大循环应力产生材料阻力并对后继... 详细信息

在试验基础上,分析了304不锈钢的单轴棘轮变形特征、应力历史对饱和棘轮应变的贡献,微应力对棘轮变形的影响特性,以及饱和棘轮变形对低周疲劳的影响。结果表明,峰值应力是影响棘轮变形的制约因素;先前较大循环应力产生材料阻力并对后继较小循环应力下棘轮应变产生抑制作用;材料低周疲劳寿命随先前饱和棘轮应变的提高而降低。

关键词：单轴棘轮应力循环高温塑性变形低周疲劳

来源： cnki会议评论

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对接粘接结构的扭转疲劳损伤行为研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第8期52卷 836-842页

作者：李慧张军李海宇申浩中郑州大学化工与能源学院郑州450001

通过圆柱对接试件的扭转疲劳实验,分析了平均剪应力、剪应力幅值和循环周期3个因素对粘接结构的应变变程、应变率和疲劳寿命的影响.结果表明:平均剪应力对粘接结构的循环加载应力-应变响应影响很大.在平均剪应力非零的情况下,有棘轮应... 详细信息

通过圆柱对接试件的扭转疲劳实验,分析了平均剪应力、剪应力幅值和循环周期3个因素对粘接结构的应变变程、应变率和疲劳寿命的影响.结果表明:平均剪应力对粘接结构的循环加载应力-应变响应影响很大.在平均剪应力非零的情况下,有棘轮应变出现,并且棘轮应变随着平均剪应力的增加而增加,棘轮应变率也随之增加;在改变剪应力幅值,而平均剪应力为零的情况下,虽然粘接试件没有出现棘轮效应,但由于循环蠕变和循环软化的原因,循环加载的应力-应变的曲线斜率随着剪应力幅值的增加出现下降的趋势,剪应力幅值增加,应变变程也随之增加,同时剪应力幅值越高应变稳定期越短;在改变循环周期情况下,应变变程影响不大,只是随着循环周期的缩短,后期的循环软化略有增加;在疲劳寿命影响方面,随着平均剪应力和剪应力幅值的增加,疲劳寿命都明显下降,但循环周期对粘接试件的扭转疲劳寿命的影响不大.

关键词：对接粘接结构单轴棘轮扭转循环疲劳寿命

有机硅密封胶粘接结构的拉伸疲劳及棘轮效应研究

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中国胶粘剂 2019年第5期28卷 1-7页

作者：王浩田张军李慧魏新利中国石油天然气集团公司大庆石化分公司化工一厂黑龙江大庆163000 郑州大学化工与能源学院河南郑州450001

为了研究有机硅密封胶(DB527)粘接的对接试件在单轴拉伸循环载荷作用下的疲劳性能和棘轮效应,分别分析了应力幅值、平均应力和不同加载历史对粘接试件的棘轮应变、棘轮应变率以及疲劳寿命的影响。研究结果表明:应力幅值变化对粘接结构... 详细信息

为了研究有机硅密封胶(DB527)粘接的对接试件在单轴拉伸循环载荷作用下的疲劳性能和棘轮效应,分别分析了应力幅值、平均应力和不同加载历史对粘接试件的棘轮应变、棘轮应变率以及疲劳寿命的影响。研究结果表明:应力幅值变化对粘接结构的疲劳寿命和棘轮应变影响很大,随着应力幅值增大,滞环面积增加,稳定阶段棘轮应变随之增加,棘轮应变率也增加;而且粘接材料随着应力幅值的增加出现循环软化现象。在不同的平均应力情况下,随着平均应力的增加,应力-应变曲线变宽,棘轮应变也明显增加,棘轮应变率呈S形的增长趋势。两种情况下粘接结构的疲劳寿命,都随之增加而下降。

关键词：对接结构单轴棘轮扭转循环疲劳寿命

UHMWPE复合材料的棘轮和疲劳裂纹扩展行为研究

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UHMWPE复合材料的棘轮和疲劳裂纹扩展行为研究

作者：王建海天津大学

学位级别：硕士

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种综合性能十分优异的生物材料,它作为人工关节的衬垫材料在临床上得到了十分广泛的应用,但其在人体内服役期间往往会出现磨损、过度变形或疲劳断裂等问题,这会严重影响材料的服役寿命。本文采用纳米填... 详细信息

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种综合性能十分优异的生物材料,它作为人工关节的衬垫材料在临床上得到了十分广泛的应用,但其在人体内服役期间往往会出现磨损、过度变形或疲劳断裂等问题,这会严重影响材料的服役寿命。本文采用纳米填充改性的方法对超高分子量聚乙烯进行改性处理,分别将质量分数为0、3、5、10%的纳米羟基磷灰石（HA）和纳米碳纤维（CNF）与UHMWPE混合均匀并模压成型,且将两种改性条件下得到的复合材料的力学性能及微观形貌进行对比。研究发现:随着HA和CNF含量的增加,复合材料的硬度略有提升,弹性模量有所增加,而抗拉强度和断裂延伸率会降低,屈服强度没有明显的变化。通过SEM观测发现纳米粒子在UHMWPE基体中分布较为均匀,但HA与基体材料结合强度较差。UHMWPE/CNF复合材料综合性能要优于UHMWPE/HA复合材料。进一步研究了两种复合材料在不同平均应力、应力幅值、应力率和纳米粒子含量下的棘轮行为,并分析了棘轮行为产生差异的原因。研究发现:复合材料的棘轮应变和应变率随平均应力和应力幅值的增加而增加,然而随应力率和纳米粒子含量的增加而降低;在相同载荷条件下,UHMWPE/HA复合材料的棘轮应变和棘轮应变率均明显大于UHMWPE/CNF复合材料。在实验的基础上,本文提出了一个改进的粘塑性本构模型,能够很好地对复合材料的棘轮行为进行预测。本文研究了不同改性条件对复合材料双轴裂纹扩展行为的影响,研究发现在水平裂纹情况下,UHMWPE/HA复合材料的抗疲劳裂纹扩展性能最差,而UHMWPE/CNF复合材料的抗疲劳裂纹扩展性能较好。因此实验选用UHMWPE/CNF复合材料进一步研究不同应力比、相位差和加载路径对复合材料双轴疲劳裂纹扩展行为的影响。研究发现随着应力比的增加复合材料的双轴疲劳裂纹扩展速率明显的增加;同时相位差明显增加了复合材料的双轴疲劳裂纹扩展速率。在斜裂纹情况下,三种不同改性条件下的复合材料疲劳裂纹扩展速率大小顺序为:UHMWPE/CNF＜纯UHMWPE＜UHMWPE/HA。复合材料在不同路径下双轴疲劳裂纹扩展速率大小顺序为:比例＜圆形路径＜方形路径＜单轴路径。

关键词：超高分子量聚乙烯羟基磷灰石纳米碳纤维单轴棘轮粘塑性本构模型双轴裂纹扩展