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《棘轮效应预测及其循环本构模型研究进展_陈旭》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、334..第卷第期力学进展Vbl33No42003年11月25日ADVANCESINMECHANICSNvo.25,2003棘轮效应预测及其循环本构模型研究进展’陈旭焦荣田涛,天津30072天津大学化工学院摘要棘轮应变累积广泛存在于压力容器和管道、轮轨接触疲劳、紧固连接和密封技术等工程问题中,是工程设计中必须考虑的重要因素.棘轮可以表现为单轴棘轮效应或多轴棘轮效应,材料的棘轮效应或结构的棘轮效应.本文介绍,,近年来棘轮效应的最新研究进展对近年提出的描述材料棘轮效应的循环本构理论作了较详细的评述对模型的预测能力和存在的问题进行了讨
2、论,并对今后的工作提出了建议.关键词棘轮效应,棘轮应变,塑性理论,循环本构模型,随动强化律:Ch1引言许多学者已对此进行了大量的研究(如aboche,,,,,-等[5一7]肠yiadji。等[89]Kremp一等[`0“]MeDow,,,ell[`21Hass[`3一`6]ohn。[`7一20]Jiang等an等等棘轮效应是指金属材料或结构承受一个一次载,,2`一,等【23)]在材料循环本构模型单轴和多轴棘轮效荷并叠加循环载荷时所产生的渐进变形是在应力,控制循环加载下二次变形的累积.它是工程实际中需应的预测方面取得了较大的进展但
3、是棘轮效应的准.,:确预测仍是对材料循环本构模型的最大挑战本文将要考虑的一个重要问题如化工容器及管道的热棘.,,、对近10年来这方面的进展作较详细的评述由于本轮核反应堆的防震设计轮轨接触疲劳紧固连接,,和密封技术等工程问题.建立在核设计规范基础上论题所涉及的内容广泛限于篇幅对热循环及蠕变,,,塑性交互作用引起的棘轮效应本文并不涉及将另的压力容器强度设计均要求棘轮效应分析如美国.,AsMEeod。seetionIxl[`]德国规范K[2]和法国文讨论孩一3.,规范eMx飞[1早在60年代中期Bree[4]就研究邢,2棘轮效应的定义
4、及试验研究了薄壁圆管在内压和循环热载荷下的弹塑性性能并且得到用图表示的机械性能随一次载荷和二次载,,,e荷的变化图(称BerDiagarm)这一研究结果仍为某材料在循环加载时由于平均应力的存在导致些规范用于防止棘轮效应的设计.由美国电力研究院塑性应变沿平均应力方向积累,这种应变积累称为棘EP,GE,和美国核管理委员会(-rcit.(IR)通用电器()US轮应变或棘轮效应(athegn)棘轮应变的积累可NRc)资助的管道、附件及动力可靠性课题,完成了能导致疲劳寿命的减少,或超过变形的限制而使结构一组棘轮效应试验,并在1995年版A
5、SME锅炉压力不能正常工作.由于一次载荷大小的不同,应变经过,容器设计规范第三篇将循环的动力载荷及棘轮效应一个快速初始棘轮应变累积后将可能出现安定或渐引入规范中.然而,要准确预测棘轮应变防止棘轮效进棘轮效应2种情况,如图1所示.根据应力状态应仍是一个非常困难的问题.作为一种非弹性材料和的不同,棘轮效应可分为单轴棘轮效应和多轴棘轮.,,阮6]结构性能的现象棘轮效应的研究主要借助于非弹效应单轴棘轮效应是指在平均应力方向上产生性的应力应变分析.因为仅有有限的关于棘轮效应及的循环塑性应变累积,应力应变滞环的不封闭性是产,,生单轴棘轮效应
6、的直接原因阵;]多轴棘轮效应是指其机制的研究可供参考所以在各种规范和标准中棘轮分析没有详细的表述.但是近20年来,随着先材料在承受多轴载荷作用下产生的棘轮效应,产生棘,,,,进试验设备的出现(新型MTSNISTRON等)国外轮效应的方向可以是一个方向也可能是多个方向:一一,:一收稿日期2一)020312修回日期20030牛26*,国家自然科学基金(1987204910272080)和教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目461,.,aol<。m,Z7、均应力.,多现有的本构模型的研究发现对于单轴棘轮效应与应变积累呈现出一个非线性的关系另外在一个,,的模拟首先取决于塑性模量的计算体系而对于多轴恒定的平均应力条件下增加应力范围棘轮速率随棘轮效应的模拟主要取决于模型中所用的随动强化应力范围的增加而增大.以上结论对于单轴和多轴棘,.律[1314]轮效应均适用.对于多轴棘轮效应,情况有所不同的,,是由于循环载荷在一个方向的应力可能导致另一具有非对称应力循环方向的棘轮应变.如图3所示的ICr18NigTi不锈钢圆管在常拉伸轴向应力和扭转循环载荷下,轴向应变的累积即为典型的例子【25}.渐
8、进的棘轮效应,%俐侧疽澳对于多轴棘轮效应几个典型的基本试验研究如图4所示.在常内压加轴向循环时,应变将沿着轴向与环向应变累积(图4(a));在常轴向拉伸加扭转循环安定的棘轮效应,时应变沿轴向产生拉应变累积(图4(b));在常内压,;加弯曲循环应变沿轴向和环向累
