不同材料的室温单轴应变循环特性和棘轮行为研究.pdf

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1、枧 械 度 2 O O 2，2 4(4)：6 0 8 6 1 2 研究简报 不 同材 料 的 室温 单轴 应 变循 环 特性 和 棘轮 行 为研 究 STI)DY ON I 7 NI A AI STRAl N C I C BEHAVI IOR AND RALTCI】匝=I NG AT Ro0 TE吨RATURE F0lR D RENT M哐TAIs 康 国政 高庆杨 显杰(西 南交通 大学 应 用力学与工程 系，成都 6 1 0 0 3 1)K A N G Gu o z h e n g GA O Qi n g Y A N G x i a n i ie (De p a r t me n t o

2、fA p p l ic d Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g，S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s h y，C h e n g d u 6 1 0 0 3 1，C h i n a)摘要通过对 U 7 1 Mn轨道钢和 3 1 6 L不锈钢室温下单轴应变控制和应力控制循环的实验研究，就两种材料 的应变循 环特性和棘轮行为进行研究和比较。讨论应变循环下应变幅值和平均应变的大小及其历史对应变循环特性 的影响以及 应力循环下应力幅值和平均应力的大小及其历史对棘轮行为的影响，同时还讨论了应变

3、循环与应力循环间的交互作用。研究 中着重对两种材料的循环特性进行 比较，得到一些有助于进行合理本构描述的结果。关键词 金属材料循环塑性棘轮行为 单轴加载 中图分类号T G1 1 3、2 5 0 3 4 4 3 h J a m-a a A n e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c a r r i e d o u t f o r t h e c y c l i c b e h a v i o r o f U T 1 Mn r a i l s t e e l a n d 3 1 6 L s t a i n l e s s s t e e l s u b

4、j e c t e d t o u n i a x i a l s n a n d s s c y c l i n g a t l o o m t e m po r a tu r eT h e e ff e c t s o fc y c li c s t r a i n a mp l i t u d e r n e a r I s t r a i n and the i r l o a d i n g h i s t o ri e s o n the s t r a i n c y c li c c h a r a c t e ri s t i c s w e r e s t u d i ed

5、 I n the me a n t i me the e ff e c t s o f s t r e s s a mp l i t u d e，r n B a r I s h e s s a n d the i r h i s t o r i e s o n the r a t e h e t i n g o fthe a s y mme t r i c al s t i e c y c l i n g w e re a l s oa l y z e dT h e i n t e r a c t i o n of s t r a i n c y c l i n g an d s h s s

6、c y c li n g was d i s c u s s e d t o o、I n the s t u d y，the s t r a i n c y c li c b e h a v i o r an d mt e h e t i n g o f the t w o s t ee l s we re c o mp a r e d es p e c i a l l y、Th e ms u h s s h o w t h a t，u n d e r the s t r a i n c y c l i n g，UT 1 Mn r a l l s t e e l f e a t u r e s

7、 a lmo s t n o c y c l i c h a r d e n i n g o r soft e n i n g an d i t s s t r a i n c y c li c c h a r a c t e ri s ti c s h a r d l y d e p e n d o n the l o a d i n g h i s t o r y Ho w e v e r，3 1 6 L s t a i nle s s s t eel c h a r a c t e r i z e s s i g n i fi c a n tl y c y c li c h a r d

8、e n i n gandi t s s t r a i n c y c l i c c h a r a c t e ri s ti c s d e p e n d s n o t o n l y o n c u r r e n t l o a d c a s e b u t a l s o g r e a t l y o n the l o a d his t o ry3 1 6 L s t a i nle s s s t eel h a s an o b v i o u s me mo r i z a t i o n for the ma x i l n u t n s t r a i n

9、a mp l i t u d e o fthe l o a d his t o r y Th e s e p h e n o me n a mu s t b e t a k e n i n t o a c c o un t i n the c o n s t i t u t i v e mo d e l i ng Th e me a n s t r a i n a n d i ts his t o ry h a v e a l mo s t n o e ff e c t o n the s t r a i n c y c li c b e h a v i o r s of the t w o

10、r e s e a r c h e d me t a l s Ra t c h e t i ng i s a s p e c i a l c h a r a c t e r i s ti c o f the ma t e r i a l p r e s e n t ed i n t h e asy mme tr i c a l$1 1 e s s c y c l i n g Un d e r the s t r e ss c y c li ng，the r a t c h e t i ng b e h a v i o r s o f the t w o me t a l s d e p e n

11、d n o t o nly o il c u r r e n t l o a d c a s e b u t a l s o o n the p r e v i o u s his t o ry T h e mt c h e t i ng s t r a i n and i ts r a t e i n c r e a s e wi th the i n c r e a s e o f le a n s h 黜a n d s h 黜 a mp l i t u d e T h e 0 r hig h e r r I l e a r I s a n d s t r e s s a mp li t

12、u d e c y c l i n g c an r e s t r a i n the mt c h e t i ng b e hav i o r o f s u b s e q u e n t l o w e r r I l e a r I 曲n e s s a n d s h e s 8 a mp l i t u d e c y c l i n g A#o r s t r e ss c y c l i ng r e s u l ts i n n o t o n l y a l e a n s t r a i n i n the s u b s e q u e n t s t r a i

13、n c y c li ngb u t a l s o s 0 H l e v a r i a t i o n of s t r a i n c y c li c p mpo r t i es Af t e r the p 0 r S l l e c y c li ng，U7 1 Mn r a i l s t ee l p res e n ts o b v i o u s c y c l i c s o f t e n i ng，bu t 3 1 6 L s t a i n l e s s s t eel s t i l l p r ese n ts c y c l i c h a r d e

14、n i ng Ho we v e r，a p d0 r s t r a i n c y c li ng r e s t r a i n s the mt c h e ti ng b e h a v i o r o f s u b s e q u e n t s 佃e s s c y c l i n g for t h e t wo me t a l s T h e mt c h e t i ng s t r a i n r a t es o fthe ma t e r i a l s i n s s s c y c li n g wi tho u t p 0 r s t r a i n c y

15、 c li ng a r e hig h e r t h a n t h a t wi th p 0 r s t r a i n c y c n ng T h e s e c o n c l u s i o n s a r e u s e f d t o est a b li s h c o n s ti t u ti v e mo d e l f o r the c y c li c b e hav i o r o f the ma t e rials Ke y wo r d s M【e I Cy c l i c p g dt y；Ra t c h e t l n g；Un i md a l

16、 l o a d i n g C o r r e s p o n d e n t：K A NG G u o z h e n g，E-ma d：g z h mn g 2 6 3 n e t，F a x：+8 6-2 8-7 6 0 0 7 9 7 T h e o j e c t s u p p o r t ed b y th e N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o und a ti o n o f C h i n a(N o 1 9 7 7 2 0 4 1)a n d th e E x cel l e n t Y o u th F o

17、und of S i c h u a nP r o v i n c e，C h i n a Ma n u s c ri p t r e c e i v e d 2 0 0 0 1 1 1 7，i n r e v i s e d f o r m 2 0 0 1 0 1 1 7 1 引言 金属材料 在非对称应力循环加 载条件下将产生 塑 性应变 的循环 累积现 象，此 即 为棘 轮效 应。棘 轮行 为 是循环塑性 中一 个基本 的 现象，在 结构 的寿命设 计 和 安全性评 定中必须加 以考虑。近年来，已有不 少学 者 对不同材料的棘轮行 为进行 了许 多实验研 究和一定的 本构描述 N-6 。然

18、而，由于棘 轮行 为的 复杂 性 和材 料 循 环特性 的差异，已有的本构模型都有各 自的局 限性，因此，要全面揭示棘轮行为还需进行大量深入的研究；*2 0 0 0 1 1 1 7收到初稿，2 0 0 1 0 1 1 7收到修改稿。国家自然科学基金(1 9 7 7 2 0 4 1)和四川省跨世纪学术带头人培养基金资助。康国政，男，1 9 6 9 年 8 月生，贵州省遵义市人，汉族。西南交通大学应用力学与工程系副教授，固体力学博士。主要从事金属材料复杂加载下 的循环本构关系和金属基复合材料细观力学行为的研究，已发表论文 3 o 余篇。维普资讯 http:/ 第 2 4 卷第 4期 康国政等：不同

19、材料的室温单轴应变循环特性和棘轮行为研究 另外，要准确描述材料 的棘 轮行为，还需对材料 的应变 循环特性进行 系统 的研 究，从 而获 得描 述棘 轮行 为必 须 的材料 常数。通过对应变循环行 为的研究还可讨论 应变循环和应力循环间的交互作用。已有 的文献 曲 研究结 果表 明，不 同的材料具有不 同的应变 循环特性。因此，为了深 入了解不 同材料 的循 环 特性 以及 为进行 本构描述 提供坚实 的试 验 基础，本 文 对工程 中常用 的 U 7 1 Mn 轨道 钢和 3 1 6 L不锈 钢这 两种 具有 明显 不 同 的 微 观组 织的材料进行室温下 的单 轴应变控制与应力控 制循环试

20、验研究，并着 重 比较 两 种材 料应 变循环 特性 和棘轮行为的异同。研究将对应变幅值和平均应变的 大小及其历史对应变循环特性的影响以及应力幅值和 平均应力的大小及其历史对棘轮行为的影响进行详细 的分析，同时讨论应变循环与应力循环间的交互作用，研究得到一些有助于对两种材料分别进行循环棘轮行 为本构描述 的结论。2 试验材料及过程 试验 材料 为退火 态 U 7 1 Mn轨道 钢 和 固溶 处理 的 3 1 6 L不锈钢，它们的化学成分见表 l。表 1 l T a b 1)C Mn S i S，P Ni Cr U 71 Mn 0 7 0 1 2 5 0 2 2 0 0 5 31 6 L 0 0

21、 3 1 1 0 6 6 0 0 5 1 2 3 1 8 5 对 U 7 1 Mn轨道 钢，首先 将 型材 热 轧 为棒 材，并 截 成适 当长度 的短棒，然后在 6 5 0 c C 下将短 圆棒保 温 2小 时，进行去应力退火，炉冷 出炉。对 3 1 6 L不锈 钢，对适 当长度 的棒材在 l 1 5 0 c C 下保 温 l 小 时进行水冷，即固 溶处理。退火 态 的 U 7 1 Mn轨道 钢 为珠 光 体组 织+铁 素体组织 的两 相材料，而固溶 处理后 的 3 1 6 L不锈钢 为 奥氏体组织的单相材料。处理后的棒材再进行相应的 机加工，制成所需形状 的试样。单轴循环试验 所用试 样

22、为实 心 圆棒试 样，试样 的 中心标距 段直径 为 1 0 m m。在 m S 8 0 9 2 5 0 k N电液伺 服控制试验 机上进行试 验，通 过 T e s t s t a r 控 制系统 对整 个试验过程 进行 闭环控制及数据采集。在未特别 指明 时，应变控 制 循 环 下 的应 变 加 载 速 率(应 变 率)均 为 21 0 s，而 应 力 控 制 循 环 下 的 应 力 加 载 速 率 为 5 1 M P a s。由于应力控制循环中，滞后环一般都不是完 全封 闭的，定义棘轮 应变 为 =(一 十 )2 (1)式中 一 为一个循环 中最大应变值，为最小应变 值；棘轮应变率定义为

23、 d E d N，即每一个加载循环下 棘轮应变 的增量；表示响应循环应力幅值；和 分别代表轴 向应力和应变；N 表示 循环周次。为了解两 种材料 的一些 基 本性能，首先 对两 种材 料进 行单拉实验，实 验结 果如 图 l 所 示。由图可见两 种材料 的单 拉性能有很大差别。0 2 4 6 8 1 0 应变 S t r a i n 图 1 两 种材料 的单拉 应力 一应 变 曲线 F i g 1 S t r e s s-s t r a i n C l l r V 。ft h etwoma t e r i a l s u n d e rmon o t on i c t e n s i o n

24、3 单轴应变循环特性分析 首先，讨论 两种 材料 的应 变循环 特性。为 了揭示 应变幅值及其历史对两种材料应变循环行 为的影响，分别进行如 下所示 幅值历史 的对称应变循环试 验，U 7 1 M n，0 4(2 0 c)一 0 6(2 0 c)一 0 8 (2 0 c)一 0 6 (2 0 c)一 0 4 (2 0 c)；3 1 6 L，0 2(3 0 c)一 0 4(2 0 c)一 0 4 7(1 0 c)0 6 (1 0 c)一 0 8 (1 0 c)一 0 4 (1 0 c)一 0 2 (1 0 c)。C表 示循 环 次数，两 种材 料 的响应循环应力幅值。随循环周次 变化的试验结 果

25、 如图 2所示。0 2 0 40 6 0 8 0 l 0 o 循环周次 N u mb e r o f c y c l i n g N c y c l e C a)U7 1 Mn 0 20 40 60 8 0 1 0 0 循环周次 N um b e r o f c y c l i n g N c y c l e (b)3l 6 L 图 2 不同应 变 幅值及其 历史 下的 一 关 系曲线 F i g 2 Di a g r a m d o a N wi th d i ffe r e n t s t r a i n a mp l i t u d e a n d i t s h i s t o r y

26、 O 8 6 4 2 O 至 。I b 2l s R O O O O O 印 如 B d b p n l l l 4 杀 a J 1 警 如 如 如 B d 至 b l l l 口 J 1 警 维普资讯 http:/ 6 l 0 机 械 强 度 2 0 0 1 正 对两种 材料，响应 的应 力 幅值 水平都 随应 变 幅值 的增 加而增 大，下 降而 减 小。对 U 7 1 Mn的情 形 ，材 料表现出明显的循环软化现象，软化率随循环周次的 增加 而降低，最后 基 本为零；而对情 形 和情 形，材 料却体现 明显 的循 环硬化特性。这 说 明应变幅值 的大 小将对 U 7 1 M n的循环特性

27、产 生影响，材 料在较 小的 应 变幅值下 体现明显 的循环 软化 特性，而在较 大 的应 变 幅值下表现 为循环 硬化特性。这 可能是 由于材料 内部 有一部分残余的加工硬化存在造成的，当应变幅值较 小时，循环过程将对残余硬化产生松弛作用，从而使材 料的响应应力幅值下降；当残余硬化的作用被完全耗 散后，进一步 的循 环则会使材料 的响应 应力幅值增加，材料体 现 出循环硬化效应。这正如前所述 的后续较 大 应变 幅值循环时 的情 况所 示，具 体 的原 因有待 于进 一 步进行变形过程中位错微观组态变化的观察来证实。然而，对 3 1 6 L不锈 钢，应 变幅 值 的改变 并不 引起 循 环

28、硬化，软化特性的改变，在所讨论 的应变幅值下，材料 均表现为应变循环硬化特性。另外，随应变幅值的增 加，不 仅响应 应力 幅值 增 加，并且 循环硬 化速 率也 变大；但 在每一加载情 形下，随循环次 数 的增加，硬 化速率下降。对 U 7 1 Mn，情 形 和情 形 都 表现 出一 定的循环软化行 为，但 其整 体 的响 应应 力幅值 大 小与 先前相同应变幅值水平的情形 和情形基本相同。这说 明该材料对 先前 较 大应 变 幅值(O 8)的循环 行 为 的记忆效应很不 明显。但对 3 1 6 L，经过 了较大 应变 幅值(O 8)后 的响 应应 力 幅值要 明显 高于 还没 有经 历较大应

29、 变幅值时的值；这说 明 3 1 6 L不锈钢 的应变循 环特性不仅 依赖于应 变 幅值 的大小，而且 还与应 变 幅 值 的历史 密切相关，对 先前较 大应 变 幅值 的循环 行 为 有 明显 的记 忆 效 应。总 体来 说，与 3 1 6 L相 比，U 7 1 Mn 的循环硬化 或循 环软 化程 度都 比较 弱，在本 构描 述 中 可 以将其看 成是循环 中性材 料，不 考虑其 循环硬 化 软 化 行为的影响；但 对 3 1 6 L必须考虑其循环 附加硬化 对 循环行 为的影响。为了研 究平均应 变对 应 变循 环特 性 的影 响，对 两 种 材料进 行 了平均应变历 史 的循环实验。实验

30、结 果表 明，对两种材料来说，除了在经历了平均应变值 由低向 高或由高向低变化时有一定的波动外，在整个应变循 环 的历 程 中，平 均应变 的变 化都 对材 料 的响应 应 力幅 值基本 上没有影 响。这 说 明在非 对称 应 变循环 中，平 均应变的大小及其历史 对循环特性基 本上没有 影响。4 应力控制循环下的棘轮行为研究 了解 了两种材 料 的不 同应 变循环 特性 后，下 面讨 论其循环棘轮行为的共性和个性。4 1 平均应力及 其历 史对 棘轮行为 的影响 首先讨论平均应力及 其历史对棘轮行 为的影响，分别对丽种材料进行恒定应力幅值下如下加载历史的 应 力循环试 验：U 7 1 Mn轨

31、道钢，(0 4 4 9)M (2 0 c)一(3 0 8449)MP a(2 0 c)一 (3 5 9449)MP a(2 0 c)一(4 1 1 4-449)MP a(2 0 c)一 (3 0 8449)MP a(2 0 c)一(3 5 9449)MP a(2 0 c)一 (4 1 1449)MP a(2 0 c)；3 1 6 L 不锈 钢，1 9 5 M P a(3 0 c)一 (4 0 4-1 9 5)M P a (1 0 c)一 (6 61 9 5)MP a(1 0 c)一 (1 0 61 9 5)MP a (1 0 c)一 1 9 5 MP a(3 0 c)一 (40 1 9 5)M

32、P a(1 0 c)一(6 61 9 5)M P a(1 0 c)。它们 的循环 棘轮 应变 e 与循 环周次 的关 系曲线如 图 3 所 示。由图可见，两种 材料 体现 出的循环 棘轮 行为规 律 基本相 同，(1)当平 均应力 为零 时，在应 力控 制循环 过 程 中没有棘轮应变 产生。(2)当平均应力不为零，棘轮 应变 出现，并随循环周次 的增加而增加，但其增加 的速 率(即棘轮应变率)逐渐下降。(3)随平均应力的增加，棘轮应变和棘轮应变率都增 加。由于两种材料 的循环 硬化 软化特性不相 同，它们 的棘轮行 为也有一 定的差 别。3 1 6 L为 明显 的循环硬化材 料，而 U 7 1

33、 Mn基 本上 为 循 环 中 性 材 料，因 此 其 棘 轮 应 变 率 的 衰 减 速 率 较 U 7 1 Mn轨道钢 的 高。比较 U 7 1 M n轨 道 钢 的情形 和 情形，情形 和情形 以及 3 1 6 L不锈钢 的情形 和 情形 ，情形 和情 形 的 e 一 关 系 可 以发现，尽 管它们的加载条件分别相同，但它们的棘轮行为却明 显不 同。经历 了较大平均应力 的后续较小平均应力循 o 2 O 4 O 6o 8 0 1 0 0 1 20 1 40 循gJ O：N u mb e r o f c y c l i n g N c y c l e (a)U7 l Mn 0 2 0 4

34、0 6 0 8 0 1 0 0 l 2 0 循环周次N u mb e r o f c y c l i n g N c y c l e (b)31 6 L 图 3 不 同平 均应力 及其 历史 下应力循 环 的 ，一 关 系 曲线 F i g 3 q l a e c l l r v 0 f E r 一 u n d e r s t r e s s c y 她w i t h d iff e r e n t l n e a r I s 嘛s a n d it sh i s t o r y O 8 6 4 2 O 0 o J l s 暑 u l 至 葛 制 辞簇 0 o u l詈 嚣 u 专葛 域辞嬖

35、维普资讯 http:/ 第 2 4 卷第 4 期 康 国政等：不同材料的室温单轴应变循环特性和棘轮行为研究 6 l 1 环 中除 了在循环 的前一、二 个周 次有 一 定的棘 轮 应变 率外，其余循环周次的棘轮应变率基本为零或比未经 历较大应力循 环的要小许多。这说 明在经历 了先前较 大平均应力循 环(情 形)后，两 种 的后续 较 小平 均应 力循环下 的棘 轮行为将受到抑制。这种抑制作用是 由 于在较大平 均应力循环下材料产生 了较强的循环硬化 的缘故。4 2 应 力幅值大小 及其历史对棘轮行为 的影响 对两种材料进行 了恒定 平均应 力下如下所示应力 幅值大小及其历史的应力循环试验：U

36、 7 1 M n轨道钢，(4 1 1 3 0 8)MP a(2 0 c)一 (4 l 13 5 9)MP a(2 0 c)一(4 1 1 4 1 1)MP a(2 0 c)一 (4 1 14 6 2)MP a(2 0 c)一(4 1 1 3 5 9)MP a(2 0 c)一 (4 1 14 1 1)MP a(2 0 c)一(4 l 1 4 6 2)MP a(2 0 c)；3 1 6 L，(5 21 9 5)MP a(2 0 c)一(5 22 2 1)MP a(2 0 c)一 (5 22 4 7)MP a(2 0 c)一 (5 21 9 5)MP a(2 0 c)。所 得 的 e 一 j、关 系

37、如 图 4所 示。结 果表 明，随应力 幅值 的增加，两种材料 的棘轮应 变和棘轮应变率都增加。同样，3 1 6 L的棘轮应变率的 衰减速率 要 比 U 7 1 Mn轨道钢 的大。比较 U 7 1 Mn轨道 钢 的情形和情形、情形 和情形 以及 3 1 6 L不锈 钢 的情形和情形 的 e 一 关 系可 以发 现，尽管 它 们的加载条件分别相同。但它们的棘轮行为却明显不 同。经历了较大应力幅值的后续较小应力幅值循环中 0 20 4 0 6 0 80 l 0 0 l 20 l 4 0 循环 周 次 Nu mb e r o f c y c l i n g N c y c l e 。(a)U7 l

38、M n 0 20 40 60 8 0 循环 周 次 Num b e r o f c y c l i n g N c y c l e (b)3l 6 L 图 4 不同应力幅值及其历史下应力循环的 e 一，v 关系曲线 F i g 4 T h e c o r y e 8 o f r 一，v u n d e r蚰 c y c l i n g wi t h d i ffe r e n t蚰 a mp l i t u d e a n d i t s h i s t o r y 的棘轮应变率 基本为零。这说 明在 经历 了先前较大应 力幅值的应力循环后，两种材料的后续较小平均应力 的应力循环下 的棘 轮行

39、 为都将 受 到抑 制。同样，这种 抑制作用也是 由于在较大应力幅值循环下材料产生了 较强 的循环 硬化的缘故。5 应力循环和应变循环 的交互作用 5 1 先前应变循环历史对后续棘轮行为的影响 为 了讨 论先前应变循环对后续 应力循环棘轮行为 的影 响，对两种 材料 先进行一定 的应变循环，然后再进 行应力循环试 验，试验 结 果如 图 5所 示。图 中还 给 出 相对应 的未经先前应力循环 的结果。c 豆 云 专 葛 制 倒 饕 0 20 4 O 60 8 0 循环周次 N u mb e r o f c y c l i n g N c y c l e (a)U7l M n 0 20 4 0

40、6 0 8 0 l o0 循环周 次 Num b e r o f c y c l i n g N c y c l e 【b)31 6 L 图 5 有 无先 前应变 循环历 史 下应力循 环 的 e ，v 关 系 曲线 F i g 5 Th e c u r v e o f e r unde r S t r e s s c y c l ing t h o rwit h o u t p r i o r S t r n c y c li n g 由图可见，两种 材料 的后续 应力 循环 产生 的棘 轮 应变都要小于未经过先前应变循环的值，这表 明先前 的应变循环可 以抑 制后续 应力循环 中的棘轮行

41、为。从 图中还可看到，3 1 6 L的先前 应 变循环 对后续 应力循 环 下棘轮行 为的抑 制作 用要 大 于 U 7 1 Mn，这 是 由于 3 1 6 L 的循环硬 化特性 要明显强于 U 7 1 M n的缘故。5 2 先前应 力循环 历史 对后续应变循环特性 的影响 为 了讨论先前 应力循环对 后续应变循 环特性 的影 响，分别对 U 7 1 M n 进行应变幅值历史为 0 6(2 0 c)0 8(2 O c)的，对 3 1 6 L进 行应变 幅值 为 0 4 7 的有无 先前应力循环 历史的应变循环试验。先前 应力循环产 9 7 5 3 L I【B J l s 鸲 L I l B 制

42、 黎饕 O 5 O 5 O 5 O 2 O 8 6 4 2 O o 0 u 1 鲁 曲；。葛 制趟辑嬖 4 3 2 O 莲；告 叫；暑 兰u 哥 制理鬈盛 维普资讯 http:/ 机 械 强 度 2 0 o 1 年 生了一 定程度 的累积塑 性应 变，然 后在 此基 础上 进行 相应 的应变循环，结果如 图 6所示，图中给出相对应 的 未经先前应力循环 下的应变循环试验结 果。对 U 7 1 N n，无 先前应力循环 的应变循 环 中，除在较 小应变 幅值(O 6)的开 始几 周材 料 体现 出一定 的循 环软 化特性外，均表 现 出硬化 程度 不 高的循 环硬 化特 征。然而，在经过先前 应

43、力循环 的应变循 环 中，除了较 低应变幅值(O 6)时的前一、二周外，均体现出循环 软化 的特 征。这说 明先前 的应力循 环历史除 了在后续 应变循环 中引入一 个平 均 应变外，还会 对 U 7 1 Mn的后 续循环硬化，软化行为产生影响。对 3 1 6 L不锈钢，后 续应变循 环的循 环硬 化，软化 行 为不 受 先前 应力 循 环 的影响，仍表现为循环硬化。然而，经过先前应力循环 的后续 应变循环 中材料 的响应应力 幅值要 高于无 先前 应变循环 的幅值。0 l 0 2 O 3 O 40 循环周次 N u mb e r o f c y c l i n g N c y c l e (

44、a)U7 l Mn 0 5 l 0 l 5 20 循环周次N u mb e r o f c y c l i n g N c y c l e (b)3 1 6 L 图 6 有 无先 前 应力循 环时 应变循 环 的 O a D V关 系 曲线 F i g 6 Di a g r a m 0 f O a D V u n d e rr i l i n c y c l i n w i t h o rwi t h o u t N o r 8 t r e s s c y c l i n g 6 结论 1)尽管去应力退火 的 g 7 1 M n的室温单轴应变循 环硬化，软化特性与应变幅值的大小密切相关，但 由

45、于 其循环 硬化，软化程度较弱，在本构 描述 中可 以不 考虑 该因素的影响。而经固溶处理 的 3 1 6 L则总体现出明 显 的应变循 环硬化 特性，在 本构 描 述 中必须 考虑该 因 素。2)随应变幅值的增加或降低，两种材料 的响应应 力幅值也相应的增加或下降。但 U 7 1 M n对先前最大 应变幅值历史 的记忆效应很 不明显，而 3 1 6 L则具有 明 显的对先前最大应变 幅值 历史的记 忆效应。平均应变 及其历史对两种材料 的应 变循 环行为基本上都没有影 响。3)平 均应力和应力幅值 的大小及 其历史对两种材 料应 力循环下 的棘 轮应变 行为 都有 显著影 响，随平 均 应力

46、或应力幅值 的增 加，棘 轮应变 和棘 轮应 变率都 增 加，但 3 1 6 L的棘 轮应变 率衰 减 速率 要高 于 U 7 1 N n；先 前较大 的平均应力 历史 或应 力幅值历史将抑制后续较 小平均应力或应力 幅值循环 的棘轮应变行为。4)两种材料 的先前应变循环都将抑制后续非 对称 应力循环 的棘轮应 变行 为。而先前的非对称应力循环 除 了在后续应变循 环 中引入一 个平 均应变 外，还会 对 材料后续应变循环的硬化，软化行为产生一定的影响，U 7 1 N n 有先前应力循环的后续应变循环将体现出明显 的循环软化特性；而 3 1 6 L仍体现出循环硬化特性。致谢本 文的 实验 工作

47、是在 西南交通 大学强度 与振动 实验室的 M T S 试验机上进行的，作者对参加 实验的孙 亚芳、蔡力勋等 同志表示感谢。Re t e r e n c l Ha s s,a n T，Ky r i a k i d e s SRa t c h e ti n g o f c y c l i c a l l y le n i,l g a n d s o f t e n i n g m a t e r i a l s：I：U n i a x i a l b e h a v i o r I n t J P l a s t，1 9 9 4，1 0(2)：1 4 91 8 4 2 Ha s s,a n T

48、Ky r i a l dd e s SRa t c h e ti n g 0 f c y c l i c a l l y h a ve n i n g a n d s o f t e n i n g m a t e ri a l s：I I：lu l t i a x i a l b e h a v i o r I n t J P l a s t，1 9 9 4，1 0(2)：1 8 52 1 2 3 Y a n g X J，G a o Q，C a i L X，X i a n g Y KA n e x p e r i n t a l 咖 d y 0 1 1 t h e r a t c h e t

49、 i n g b e h a v i o r o f p u r e a l u mi n u m u nd e r u n i a x i a l c y c l i c s tr e s s i n g Ac t a l l e e h a n i e a S o l i d a S i n i c a 1 9 9 8，1 9(2)：1 3 31 3 8(I n C h i n )(杨显 杰，高庆，蔡力勋，向阳开 纯铝在单轴应力循环下棘轮行为的实验研 究 固体 力学 学报，1 9 9 8，1 9(2)：1 3 31 3 8)4 Ho p p e r s t a n d 0 S，L a n

50、g s e t h M，Re ms e t h S C y c l i c 一 s tr a i n b e h a v i o r 0 f a l l 0 y AA6 0 6 0，Pa r t I：Un i a x i a l e x p e r i me n t s a n d mo d e l i n g Int J P l a s t，1 9 9 5，l 1(6)：7 2 57 3 9 5 Y a n gX J，K a n gGZ，Ga oQ，S u nY F O n c y c l i c s t r a i n b e h a v i o r a n d r a t c h-e t