合金材料在雙軸載荷下的力學(xué)性能,對于指導(dǎo)材料設(shè)計、研究材料屈服行為以及裂紋擴(kuò)展性能等方面都起到十分重要的作用。本文針對6061鋁合金材料優(yōu)化設(shè)計了雙軸拉伸試件的形狀和尺寸,開展了雙軸準(zhǔn)靜態(tài)以及疲勞載荷試驗,研究了6061鋁合金材料在雙軸拉伸應(yīng)力條件下的屈服行為和雙軸疲勞載荷下裂紋的擴(kuò)展性能,本文主要研究內(nèi)容如下:首先,根據(jù)十字形試件的設(shè)計要求,將Demmerle提出的基于試件試驗區(qū)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)學(xué)判據(jù)應(yīng)用于有限元方法中,構(gòu)造出優(yōu)化判據(jù)。通過有限元分析計算出試件的應(yīng)力分布,結(jié)合優(yōu)化算法,實現(xiàn)十字形試件幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。并對優(yōu)化后的試件開展了等比例雙軸拉伸試驗,驗證了優(yōu)化試件的適用性。其次,采用優(yōu)化后的試件尺寸并開展不同加載比例的雙軸拉伸試驗,分析其在雙軸載荷下的屈服行為,并基于試驗采集的數(shù)據(jù)計算不同加載比例下雙軸方向真實應(yīng)力-真實應(yīng)變曲線�；贒rucker公設(shè)等理論推導(dǎo)出雙軸方向應(yīng)力與等效應(yīng)力以及應(yīng)變與等效應(yīng)變的關(guān)系,結(jié)合試驗數(shù)據(jù),分別采用Mises屈服準(zhǔn)則和Hill48屈服準(zhǔn)則計算不同加載比例下雙軸方向的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變曲線,對比試驗結(jié)果分析了不同屈服準(zhǔn)則的精度及誤差原因,確定能... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Shiratori試件

為了使試件試驗區(qū)域的應(yīng)力分布更加均勻,一些研究人員采用了在試件四臂開槽的設(shè)計方案。Makinde[3]在十字臂區(qū)開設(shè)切槽,并減小中心區(qū)的厚度,如圖1-7所示。Abdelhay等[16]利用有限元研究了試件臂上的槽孔寬度對試驗區(qū)應(yīng)力均勻狀態(tài)的影響,并確定了最優(yōu)開槽尺寸。Rozumek等[20]也提出了一個變截面厚度的試件,以便在截面面積較小的試件試驗區(qū)引入更高的應(yīng)力水平。結(jié)果表明,這些措施可以有效地控制試驗區(qū)應(yīng)力應(yīng)變的分布并提高了應(yīng)力分量識別的方便性[11]。韓非等[13]同樣驗證了試驗區(qū)減薄后應(yīng)力計算的正確性。王穎暉等[12]以試件試驗區(qū)的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差作為均勻應(yīng)力狀態(tài)的數(shù)學(xué)判據(jù),利用Powell優(yōu)化方法,對各向同性的形狀記憶合金材料十字形試件進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計,但應(yīng)用在各向異性材料中還存在困難。鄧國紅等[21]針對臂上開槽型的十字形試件,用應(yīng)力函數(shù)法分析了雙向拉伸的應(yīng)力分布,結(jié)合有限元模擬,結(jié)果表明試件試驗區(qū)域的應(yīng)力分布是均勻的。吳向東等[19]利用臂上開槽型十字形試件的雙軸拉伸試驗確定了材料的初始屈服面,結(jié)合強(qiáng)化規(guī)律和Drucker公設(shè),推導(dǎo)出了相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系。為了進(jìn)一步增大試驗區(qū)的應(yīng)力水平,使破壞更容易發(fā)生在試件試驗區(qū)內(nèi),研究人員在四臂開槽的基礎(chǔ)上,對中心試驗區(qū)域進(jìn)行了減薄處理。韓非等[13]用有限元模擬的方法分析了三種中心減薄的十字形試件,結(jié)果表明方形減薄和組合式減薄試件比十字槽型減薄的試件試驗區(qū)有更好的應(yīng)力均勻性,方形減薄試件更容易使得破壞發(fā)生在試驗區(qū),同時能更好地控制剪應(yīng)力的位置和大小,避免試驗區(qū)出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。楊國標(biāo)等[22]研究沖壓成型的汽車車身覆蓋件力學(xué)行為時,采用減薄開槽的十字形試件進(jìn)行雙軸拉伸試驗,確定材料屈服強(qiáng)化階段的材料特性常數(shù),合理描述了材料的硬化行為。Makris等[23]為了進(jìn)一步設(shè)計出滿足雙軸拉伸試驗要求的試件,采用數(shù)值優(yōu)化方法,結(jié)合有限元模型,對十字形試件的形狀進(jìn)行了優(yōu)化,從而獲得了試驗區(qū)應(yīng)力分布均勻且試驗區(qū)外應(yīng)力集中現(xiàn)象少的十字型試件。Baptista等[24]以試件厚度作為基本參數(shù)來構(gòu)建試件的形狀尺寸,并通過數(shù)值算法來優(yōu)化幾何參數(shù)。

同心平板

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]板材等效應(yīng)力-等效應(yīng)變曲線的建立及分析[J]. 吳向東,萬敏,王文平.  材料科學(xué)與工藝. 2009(02)
[2]基于耗散能密度的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究[J]. 雷冬,趙建華,蔚奪魁.  實驗力學(xué). 2009(01)
[3]基于極限應(yīng)力分析的十字形雙向拉伸試件設(shè)計[J]. 韓非,萬敏,吳向東,王海波.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2007(05)
[4]十字形雙向拉伸試驗有限元模擬及分析[J]. 鄧國紅,余雄鷹,湯愛華.  重慶工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2007(05)
[5]材料的雙軸拉伸的規(guī)律的研究[J]. 楊國標(biāo),方如華,曾偉明,朱啟榮,朱金龍.  實驗力學(xué). 2006(05)
[6]各向異性屈服準(zhǔn)則的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 史艷莉,吳建軍.  鍛壓技術(shù). 2006(01)
[7]BH220鋼板屈服軌跡的雙向拉伸實驗研究[J]. 吳向東,萬敏,周賢賓,程國平.  塑性工程學(xué)報. 2004(01)
[8]功能材料雙軸拉伸十字板試件的優(yōu)化設(shè)計[J]. 王穎暉,方岱寧.  力學(xué)學(xué)報. 2002(05)
[9]雙向拉伸試驗的進(jìn)展與鈦板雙向拉伸的強(qiáng)化研究[J]. 任家陶,李岡陵,豆志武,賴偉棟.  實驗力學(xué). 2001(02)
[10]復(fù)雜加載路徑下板料屈服強(qiáng)化與成形極限的研究進(jìn)展[J]. 萬敏,周賢賓.  塑性工程學(xué)報. 2000(02)

碩士論文
[1]不同應(yīng)力比下ADB610鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率的試驗研究[D]. 韋龍.昆明理工大學(xué) 2015
[2]經(jīng)編織物復(fù)合材料在雙軸載荷下的力學(xué)行為研究[D]. 宋樂穎.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[3]結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬[D]. 王永偉.大連理工大學(xué) 2006



本文編號：2931037