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不同应力状态下Q235钢板件磁信号变化的试验及金相图谱研究

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西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2019年第5期51卷 617-622,642页

作者：苏三庆胡敬余王威郭欢马小平西安建筑科技大学土木工程学院

通过对Q235钢板件进行静载拉伸试验,采集并分析了其在零载、弹性状态、塑性状态、强化状态、颈缩状态及断裂破坏后的法向磁信号Hp(y).试验表明,随着荷载的增加,法向磁信号Hp(y)曲线呈顺时针旋转,且Hp(y)零值点在试件中心位置附近;Hp(y)... 详细信息

通过对Q235钢板件进行静载拉伸试验,采集并分析了其在零载、弹性状态、塑性状态、强化状态、颈缩状态及断裂破坏后的法向磁信号Hp(y).试验表明,随着荷载的增加,法向磁信号Hp(y)曲线呈顺时针旋转,且Hp(y)零值点在试件中心位置附近;Hp(y)零值点可以指示断裂位置但不够准确.比较分析磁场梯度值K,可以发现K值随荷载增加单调递减,在塑性状态到强化状态时变化幅度最大,而在强化状态到颈缩状态变化幅度最小.另外,通过对不同应力状态的试件取样,进行金相图谱分析,发现随着荷载的增加,铁素体沿受力方向,由不规则形状逐渐变为纺锤形,在此过程中,法向磁信号Hp(y)的绝对值逐渐变大.

关键词：金属磁记忆检测不同应力状态法向磁信号磁场梯度金相组织

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不同应力状态下沥青混合料疲劳特性的归一化

不同应力状态下沥青混合料疲劳特性的归一化

作者：陈东长沙理工大学

学位级别：硕士

国内外众多科研人员主要基于拉伸、压缩、弯曲及间接拉伸等室内疲劳试验,对沥青混合料的疲劳性能进行了深入的研究,由于室内疲劳试验的受力模式、试件形状及尺寸不一,疲劳试验结果表现出较大的差异性,甚至是量级上的差别,导致无法对不... 详细信息

国内外众多科研人员主要基于拉伸、压缩、弯曲及间接拉伸等室内疲劳试验,对沥青混合料的疲劳性能进行了深入的研究,由于室内疲劳试验的受力模式、试件形状及尺寸不一,疲劳试验结果表现出较大的差异性,甚至是量级上的差别,导致无法对不同试验方法所得的沥青混合料疲劳性能进行科学评价。因此,本文开展了直接拉伸、单轴压缩及间接拉伸三种不同应力状态下沥青混合料疲劳试验,对比分析了基于S-N疲劳方程的不同应力状态下疲劳试验结果,研究发现传统S-N疲劳方程并不能消除应力状态、试件形状及尺寸的影响,继而开发了一种基于屈服准则思想的疲劳特性分析新方法,达到了对不同应力状态下沥青混合料疲劳特性进行归一化的目的,实现了不同疲劳试验方法试验结果的统一,为实现从材料疲劳到结构疲劳的科学转化提供了理论、方法与技术依据。从损伤力学的基本理论出发,定义模量的衰减为疲劳损伤变量,由此推导得到刚度衰变方程。通过对试验数据进行拟合,不同应力状态下的试验结果均呈现出很好的相关性,据此建立了不同应力状态下沥青混合料刚度衰变方程,同时对比了不同应力状态下沥青混合料疲劳过程中的模量衰变规律。基于二维应力状态下的胡克定律,推导出了间接拉伸加载模式下的拉、压双模量计算公式,研究发现,间接拉伸疲劳试验中的拉伸与压缩模量衰变规律也存在着较大的差异性,且间接拉伸-拉伸模量衰变规律与直接拉伸、间接拉伸相似,间接拉伸-压缩模量衰变规律与单轴压缩相似。表明了沥青混合料疲劳过程中拉、压模量衰变规律存在着较大的差异,但不同受力模式下的拉伸模量衰变规律存在着相似性,压缩模量衰变规律亦是如此。研究成果对完善我国现行沥青路面设计规范中的荷载效应分析与路面结构疲劳强度抗力模型计算具有重要的理论意义和工程应用价值,对于推进沥青路面设计方法的发展、提高沥青路面的设计精度、延长其使用寿命将起到基础的、积极的作用。

关键词：沥青混合料不同应力状态疲劳寿命模量衰变规律强度屈服面归一化

不同应力状态下高模量沥青混合料疲劳特性统一表征

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不同应力状态下高模量沥青混合料疲劳特性统一表征

作者：刘亚杰长沙理工大学

学位级别：硕士

高模量沥青混合料作为一种有效且经济的新型路面材料,能显著改善抗车辙、抗水损害等性能,并且提高路面使用寿命和整体承载能力,因此已成为目前道路工作者关注的重点。以往对于高模量沥青混合料强度及疲劳参数的研究中,仅仅是通过掺加不... 详细信息

高模量沥青混合料作为一种有效且经济的新型路面材料,能显著改善抗车辙、抗水损害等性能,并且提高路面使用寿命和整体承载能力,因此已成为目前道路工作者关注的重点。以往对于高模量沥青混合料强度及疲劳参数的研究中,仅仅是通过掺加不同的改性剂来获得不同的抗疲劳效果,或者是仅通过一种加载模式来确定高模量沥青混合料的疲劳性能,而忽视了不同加载模式下的疲劳试验结果存在差异性,这就人为地导致了高模量沥青路面抗疲劳设计时的不唯一性与不科学性。本文通过对高模量沥青混合料开展不同加载模式下(直接拉伸、间接拉伸、单轴压缩)的疲劳试验来研究应力状态对疲劳性能的影响,分析传统的S-N疲劳方程发现,传统的S-N疲劳方程没有考虑到加载模式、试件尺寸及形状的影响,本文采用了一种疲劳特性分析新方法来达到对不同应力状态下高模量沥青混合料疲劳性能的统一表征,从而完善了高模量沥青路面抗疲劳设计并为高模量沥青路面的施工提供理论指导。本文首先完成了不同加载模式及不同温度下的高模量沥青混合料强度试验,总结强度试验结果,不同温度及不同加载模式下的强度随加载速率的变化关系可用幂函数表示,强度受加载模式的影响巨大,在同种应力状态下,强度值随着温度的升高而降低,通过加载速率比与强度比的关系分别在三种温度下建立了不同加载模式的强度统一表征模型,考虑温度参数,最终建立了不同温度及加载模式下高模量沥青混合料强度归一化方程。对疲劳试验结果进行分析,归纳出传统S-N疲劳方程的局限性,基于Desai强度屈服面理论,确定了三维应力状态下高模量沥青混合料的疲劳应力路径及疲劳应力比(有效应力比)。在双对数坐标系中对有效应力比和疲劳寿命进行线性拟合,最终建立三维应力状态下高模量沥青混合料疲劳归一化模型。本文研究成果消除了试件尺寸和加载模式所带来的疲劳试验结果的差异性,有效提高了高模量沥青路面结构设计的完备性。

关键词：高模量沥青混合料不同应力状态疲劳预估模型强度屈服面归一化

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不同应力状态下水泥稳定碎石疲劳特性标准化

不同应力状态下水泥稳定碎石疲劳特性标准化

作者：谢佳伟长沙理工大学

学位级别：硕士

为了消除不同试验条件对水泥稳定碎石材料疲劳性能评价的影响,本文开展了不同水泥剂量的水泥稳定碎石材料在不同龄期条件下的单轴压缩、劈裂、弯拉强度和疲劳试验,并利用威布尔分布函数对疲劳试验结果进行回归分析,建立了不同应力状态... 详细信息

为了消除不同试验条件对水泥稳定碎石材料疲劳性能评价的影响,本文开展了不同水泥剂量的水泥稳定碎石材料在不同龄期条件下的单轴压缩、劈裂、弯拉强度和疲劳试验,并利用威布尔分布函数对疲劳试验结果进行回归分析,建立了不同应力状态下水泥稳定碎石材料疲劳性能标准化模型,在此基础上采用区间分析理论,建立了不同应力状态下基于区间参数的标准化疲劳方程模型。基于威布尔分布的疲劳特性分析方法及标准化模型消除这种差异性,实现了不同试验条件下水泥稳定碎石材料疲劳性能的统一表达,为实现从材料疲劳到结构疲劳的科学转化提供了理论、方法与技术依据,达到了将不同应力状态下疲劳特性标准化的目的;基于区间参数分析疲劳方程的新方法解决了因为试验采样代表性问题,试验设备精度及稳定性问题,减小了由材料、结构、环境和荷载等因素带来了的误差,得到的疲劳寿命区间比点数值寿命的形式更为合理、科学。回归参数值a所在区间为[9.0-10.6],参数b所在区间为[9.9-11.3],参数a、b值非常接近,达到了提高试验精度,减小数据误差的目的。从损伤力学的基本理论出发,定义模量的衰减为疲劳损伤变量,由此推导得到刚度衰变方程。通过对试验数据进行拟合,不同应力状态下的试验结果均呈现出很好的相关性,据此建立了不同应力状态下水泥稳定碎石刚度衰变方程,同时对比了不同应力状态下水泥稳定碎石疲劳过程中的模量衰变规律。基于测量不确定度理论,评定了不同应力状态下水泥稳定碎石强度和疲劳试验的不确定度来源和标准不确定度。通过评定分析,在水泥稳定碎石的强度试验中,对测量不确定度影响最大的因素是试件破坏荷载测量重复性,在疲劳试验中,对测量不确定度的影响最大因素是试验测量重复性。表明了在试验过程中,试验仪器和设备带来的误差较小,主要原因是试件本身的不均匀性和集料的不均匀性,与集料的来源、环境、试件的成型方式和搅拌方式、养生过程中的温度和湿度的控制,还有集料和水泥浆的粘结程度等因素有很大的关系。对强度和疲劳的不确定度分析,完善了试验结果,提高了试验结果的准确度和科学意义,对于实际工程来说,明确了路面基层提高耐久性的控制因素,可以更好的指导工程实践。研究成果对完善我国现行路面基层设计规范中的荷载效应分析与路面基层结构疲劳强度抗力模型计算具有重要的理论意义和工程应用价值,对于推进路面基层设计方法的发展、提高路面基层的设计精度、延长其使用寿命将起到基础的、积极的作用。

关键词：水泥稳定碎石不同应力状态疲劳寿命模量衰变区间分析测量不确定度

不同应力状态下金属初始屈服和硬化行为的研究

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不同应力状态下金属初始屈服和硬化行为的研究

作者：孟祥瑞吉林大学

学位级别：硕士

鉴于金属塑性变形的复杂性,有限元方法逐渐发展成为解决塑性工程问题的主要手段,尤其是金属塑性精密成形技术与有限元精确模拟技术密切相关。而塑性成形有限元模拟精度主要取决于材料本构模型精度。材料本构模型的测量主要采用拉伸、压... 详细信息

鉴于金属塑性变形的复杂性,有限元方法逐渐发展成为解决塑性工程问题的主要手段,尤其是金属塑性精密成形技术与有限元精确模拟技术密切相关。而塑性成形有限元模拟精度主要取决于材料本构模型精度。材料本构模型的测量主要采用拉伸、压缩、扭转、胀形等实验手段,材料在测试过程中主要承受单一应力状态,比如单向拉应力、单向压应力、纯剪切、双向拉应力等。金属塑性成形过程一般呈现材料复杂流动行为,材料承受复杂应力状态。一般金属塑性加工过程的数值模拟以单一应力状态下获取的本构模型作为输入参数,其模拟结果是否准确,可概括为不同应力状态下金属本构模型的通用性问题。目前,针对此问题的研究相对较少。随着金属塑性精密成形技术的发展,对有限元模拟精度要求越来越高,不同应力状态下金属本构模型的通用性问题的解答变得更加迫切。金属材料的本构关系主要包括硬化行为、屈服准则以及相关的流动法则。基于此,本文针对金属本构模型在不同应力状态下通用性问题进行初步探索,主要围绕不同应力状态下的初始屈服和硬化行为进行研究。本文以板材和棒材为研究对象,板材选用汽车用热轧镀锌钢板DX52D+Z,棒材选用低碳钢合金Q235和黄铜合金H62。针对DX52D+Z钢板进行了单向拉伸、液压胀形和剪切实验,针对Q235和H62棒材分别进行了单向拉伸、扭转和压缩实验,获取不同应力状态下试验曲线,然后对不同应力状态下的屈服和硬化行为进行对比研究,分析不同应力状态下屈服和硬化行为的差异原因。主要研究成果如下:(1)金属板材在不同应力状态下呈现不同的初始屈服和硬化行为,相比于单向拉伸状态和剪切状态,板材在等双拉状态下呈现出明显的“强化”效应,即在等双拉状态下,板材更难以从弹性进入塑性屈服,同时抵抗塑性变形的应变硬化能力和极限承载能力均显著增强,并且抵抗断裂的能力更加突出。而剪切状态下材料更易进入屈服,与单向拉伸相比呈现出更为弱化的应变硬化能力和极限承载能力,并且抵抗断裂能力也最差。(2)基于实验数据标定了Hill’48,Hill’79,Barlat’89和YLD2000-2d等各向异性屈服准则的相关参数,并描绘其屈服轨迹。通过实验验证,证明Barlat’89和YLD2000-2d屈服准则能够合理解释DX52D+Z板材在不同应力状态下初始屈服行为差异的原因。(3)建立金属圆棒单向拉伸大应变范围硬化曲线测量的圆弧模型,能够精确获得圆棒颈缩后至断裂前应变范围的硬化曲线,而且与现有Bridgman法相比,省去颈缩处最小截面半径和外轮廓曲率半径的繁琐测量环节,计算精度远高于现有方法中的试验测量精度,测量式易于实现程序化,具有操作性。(4)金属低碳钢合金(Q235)及黄铜合金(H62)棒材在不同应力状态下的硬化曲线存在较大差异。金属棒材在拉伸状态下受颈缩的影响,其有效应变范围远小于扭转状态。采用Bridgman法对颈缩之后的三向应力状态进行修正可将硬化曲线扩展至较高的应变范围。金属棒材在扭转状态下相比于拉伸状态和压缩状态呈现出不同程度的“软化”现象,即金属一般在扭转状态下更易进入塑性屈服状态,同时极限承载能力和应变硬化能力均显著减弱,而压缩状态下材料表现出更强的应变硬化能力。(5)基于单向拉伸屈服强度,单向压缩屈服强度以及扭转剪切屈服强度计算的广义屈服准则轨迹线与棒材实验数据吻合良好,而基于单向拉伸屈服强度计算的Mises屈服准则轨迹线则与实际有所差异。证明广义屈服准则能够合理解释金属棒材不同应力状态下屈服行为的不一致,而Mises屈服准则则有一定误差。(6)面对一般塑性工程问题,仅依靠单一的单向拉伸数据,基于一定简化和假设建立材料初始屈服和硬化模型,尚不能精确描述材料复杂的塑性流动行为,有必要依靠不同应力状态下的材料变形力学性能数据,借助更为普适更为精确的本构模型,才能更为准确地解答塑性工程问题,从而推动现代塑性精密成形技术发展。

关键词：不同应力状态塑性成形各向异性屈服准则硬化行为颈缩

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地磁场中应力对磁畴组织结构影响的试验研究

机械工程学报 2013年第2期49卷 8-13页

作者：任文坚孙金立陈曦王振任吉林南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 海军航空工程学院青岛分院青岛266041

金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁构件早期损伤进行有效诊断的无损检测技术。为进一步探索研究金属磁记忆检测的机理,选用粉纹法对Q235平板试样的磁畴结构进行观察,研究地磁场中不同应力状态下该铁磁材料的磁畴结构的变化特征,并且利... 详细信息

金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁构件早期损伤进行有效诊断的无损检测技术。为进一步探索研究金属磁记忆检测的机理,选用粉纹法对Q235平板试样的磁畴结构进行观察,研究地磁场中不同应力状态下该铁磁材料的磁畴结构的变化特征,并且利用高精度弱磁检测装置获取其试件表面的漏磁信号规律。试验结果表明:随外载荷的改变,被观察部位的磁畴类型、畴壁形态有显著性变化,且不同区域的磁畴转变快慢不同但变化趋势相近;同时,随外载荷的增大,试件表面漏磁信号增大。验证了地磁场中铁磁材料的磁畴结构受应力作用发生磁畴移动与转向,并且在应力撤出后这种改变得以保留的规律。为铁磁材料磁记忆检测微观机理的进一步探索研究提供可靠、有效的试验依据。

关键词：磁记忆检测粉纹法不同应力状态磁畴结构漏磁信号

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静拉伸下铁磁材料磁畴结构的试验研究

无损探伤 2012年第5期36卷 5-7页

作者：胡伟利任文坚周培王振任吉林江西洪都航空工业集团650所飞机设计研究所南昌330063 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063

在对铁磁平板试样进行不同载荷的静拉伸试验基础上,利用粉纹法观察该试样的磁畴形貌变化,对比分析相同部位在不同应力作用下磁畴组织的变化特征。试验结果表明:随着拉应力的增大,被观察部位的磁畴结构由180°片状畴逐渐转变为迷宫畴;且... 详细信息

在对铁磁平板试样进行不同载荷的静拉伸试验基础上,利用粉纹法观察该试样的磁畴形貌变化,对比分析相同部位在不同应力作用下磁畴组织的变化特征。试验结果表明:随着拉应力的增大,被观察部位的磁畴结构由180°片状畴逐渐转变为迷宫畴;且两组对比试验结果反映出的变化趋势相同。试验可为进一步进行磁记忆检测微观机理的研究提供直观的依据。

关键词：粉纹法不同应力状态磁畴结构磁记忆检测