镍基金属间化合物材料的疲劳行为及循环塑性本构模型研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lichuangss33
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IC10合金作为我国自主研制的Ni3Al基金属间化合物之一,已经被逐渐地应用于航空发动机高温部件中,而高温疲劳是高温部件失效的主要形式之一,材料的高温疲劳行为又与本构关系密切相关。因此,本文在IC10合金单轴拉伸的研究基础上,对其开展高温低周疲劳行为研究及循环塑性本构模型研究。本文的研究工作和主要结论如下:1.研究获得IC10合金600℃不同应变率单轴拉伸试验结果,分析获得不同应变率对其力学行为的影响,以及在不同残余塑性应变下,屈服应力随应变率的变化规律。分析结果表明:三种应变率的单轴拉伸曲线趋势相近,弹性阶段基本重合,且均只含有应变硬化阶段;在该温度环境下,IC10合金屈服应力对应变率的变化不敏感;2.对IC10合金开展600℃温度环境下,应变水平为0.65%、0.75%、0.85%和1.0%的高温低周疲劳试验研究,获得材料循环应力—应变曲线、循环应力响应曲线以及疲劳寿命。分析结果表明:在600℃时,IC10合金疲劳寿命随应变水平的提高而减少;当应变水平高于0.65%时,材料存在明显循环迟滞特征,且初始循环硬化特征均较为明显;循环迟滞回线基本关于原点对称,应力与应变保持着良好的单调变化关系;四种应变水平下的循环应力响应特征基本一致,均表现为初始循环硬化,随后达到循环稳定,最后发生断裂;3.基于Bodner-Partom(B-P)粘塑性统一本构理论,引入各向异性特征四阶张量建立宏观循环塑性本构模型,结合有限元方法并利用ABAQUS软件开发相应数值模拟技术,仿真分析IC10合金600℃不同载荷条件下的高温疲劳力学行为。分析结果表明:单轴拉伸计算曲线与试验曲线在弹性阶段非常吻合,在屈服阶段以及大塑性变形区均保持良好的一致性;不同应变水平下的循环疲劳计算曲线与试验曲线在弹性加载、卸载阶段、屈服阶段以及循环顶点均具有较高的吻合程度,验证了考虑各向异性B-P本构模型的可行性以及数值模拟技术的有效性;4.基于晶体塑性理论,以均匀化单胞模型(Unit Cell)为对象建立细观循环塑性本构模型,利用ABAQUS有限元软件开发相应数值模拟技术,仿真分析IC10合金600℃不同载荷条件下的高温疲劳力学行为。分析结果表明:单轴拉伸计算曲线与试验曲线基本重合,而不同应变水平下的循环疲劳计算曲线与试验曲线均具有较好的一致性,说明细观循环塑性本构模型能够较好地描述IC10合金的高温疲劳非弹性响应力学行为。
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