第1章 有限变形晶体塑性滑移的基本理论及有限元格式 1
1.1 晶体塑性变形几何学 1
1.2 本构关系 3
1.3 晶体滑移理论的有限元实施 4
1.3.1 切线系数法 4
1.3.2 局部坐标和整体坐标中弹性刚度矩阵的转换关系 7
1.3.3 更新应力的具体步骤 9
1.3.4 弹性模量张量EMT与弹性刚度阵C的关系 10
1.3.5 非线性有限元平衡方程的求解方案 11
1.4 滑移系分切应力、应变和宏观应力、应变之间的关系分析 12
1.4.1 滑移系开动类型 12
1.4.2 不同类型滑移系族对应的取向因子 14
1.4.3 不同坐标系下应力应变之间的转换 15
1.4.4 不同取向不同滑移系分切应力的求解 16
1.4.5 滑移系的分切应变与宏观应变之间的关系 19
参考文献 21
第2章 单晶高温合金的弹性和瞬时拉／压性能 23
2.1 静弹性模量 23
2.1.1 弹性应变应力关系 23
2.1.2 不同坐标系之间应力转换关系 24
2.1.3 不同坐标系之间应变转换关系 25
2.1.4 静弹性模量取向相关性分析 25
2.1.5 DD3静弹性模量实验结果 27
2.1.6 静弹性模量温度相关性分析 28
2.2 瞬时拉伸性能 28
2.2.1 实验试件及结果 28
2.2.2 实验结果分析 36
2.3 拉压屈服特性 41
2.3.1 采用滑移系分切应力预测屈服极限 43
2.3.2 γ′单相单晶合金的拉／压屈服特性 45
2.3.3 LCP模型分析PWA1480单晶合金的拉／压屈服特性 46
2.3.4 六面体滑移系控制区分切应力分析 48
2.4 拉／压不对称性的细观机理 48
2.5 结论 51
参考文献 52
第3章 镍基单晶高温合金蠕变性能及其寿命分析 54
3.1 引言 54
3.2 蠕变变形描述 55
3.3 蠕变性能的取向相关性 56
3.4 晶体转动分析 60
3.5 单晶体颈缩和晶格转动分析确定激活滑移系类型 64
3.6 蠕变损伤细观分析及寿命预测模型 68
3.6.1 蠕变损伤细观结构的演化 68
3.6.2 蠕变损伤机理分析 73
3.6.3 寿命预测模型的建立 75
3.7 蠕变持久寿命计算的工程方法 90
3.8 结论 91
参考文献 91
第4章 镍基单晶高温合金低周疲劳 94
4.1 引言 94
4.2 低周疲劳实验件 94
4.2.1 低周疲劳实验件材料 94
4.2.2 低周疲劳实验件几何尺寸 95
4.3 低周疲劳实验结果 96
4.4 低周疲劳实验数据分析 97
4.4.1 不同缺口试样的有限元计算结果 97
4.4.2 实验数据分析步骤 101
4.4.3 低周疲劳断口细观检测 102
4.5 统一寿命模型 103
4.5.1 实验结果 103
4.5.2 寿命模型 107
4.5.3 细观断裂机理 108
4.6 结论 109
参考文献 110
第5章 镍基单晶高温合金断裂特性 111
5.1 断裂韧度KIC试验 111
5.2 疲劳裂纹扩展速率试验 121
5.3 蠕变试验 132
5.4 镍基单晶合金断裂特性有限元分析 134
5.5 小结 143
参考文献 143
第6章 微孔洞机理和分析 146
6.1 微孔洞观测 146
6.2 微孔洞扩长的二维体胞分析 149
6.2.1 应力三维度影响 151
6.2.2 取向偏角的影响 153
6.2.3 不同滑移系族开动的影响 155
6.2.4 铸造微空洞初始百分含量的影响 157
6.3 微孔洞扩长的三维体胞分析 158
6.3.1 应力三维度与罗德参数的影响 160
6.3.2 累积剪切应变的作用 165
6.3.3 不同滑移系族开动的影响 167
6.3.4 取向相关性 170
6.4 微裂纹扩长的结果与讨论 172
6.4.1 应力三维度与罗德参数的影响 173
6.4.2 累积剪切应变的作用 175
6.4.3 不同滑移系族开动的影响 175
6.4.4 取向相关性 175
6.4.5 微孔洞与微裂纹扩长行为的比较 175
6.5 结论 177
参考文献 178
第7章 晶界力学行为的研究 179
7.1 引言 179
7.2 镍基双晶体断裂韧性实验 179
7.2.1 试样及实验 179
7.2.2 实验结果与分析 181
7.3 镍基双晶体疲劳实验 182
7.3.1 试样及实验 182
7.3.2 实验结果与分析 182
7.4 理论基础分析 184
7.5 晶体滑移有限元分析 185
7.5.1 三点弯试件数值模拟 185
7.5.2 简单双晶试样 187
7.5.3 三晶试样 195
7.6 晶界含空穴双晶体的晶体滑移与应力场分析 197
7.7 含与不含晶界空穴的双晶体蠕变行为 204
7.8 结论 210
参考文献 210
第8章 发动机单晶涡轮叶片蠕变、疲劳寿命分析 213
8.1 引言 213
8.2 涡轮叶片有限元分析 213
8.2.1 有限元模型及网格 213
8.2.2 有限元计算材料参数 213
8.2.3 叶片温度场 214
8.2.4 发动机的工作状态 214
8.2.5 起飞状态有限元计算结果 216
8.2.6 起飞状态蠕变-疲劳寿命分析 220
8.2.7 其他状态蠕变-疲劳寿命分析 223
8.3 镍基单晶合金叶片振动特性分析 226
8.4 结论 232
参考文献 232
第9章 单晶涡轮叶片晶体取向优化设计研究 233
9.1 引言 233
9.2 晶体取向的偏差和随机性对镍基单晶叶片强度与寿命的影响 233
9.3 单晶涡轮叶片晶体取向优化设计研究 236
9.4 结论 243
参考文献 243