鈦合金疲勞強(qiáng)度退化的機(jī)理和對(duì)策研究

對(duì)有代表性、用途廣泛的8種國(guó)產(chǎn)鈦合金進(jìn)行多種條件下的疲勞試驗(yàn)，并用掃描電鏡和透射電鏡分析斷口形貌和組織結(jié)構(gòu)，把宏觀性能和微觀機(jī)理結(jié)合起來，提出鈦合金疲勞損傷和壽命預(yù)測(cè)的理論模型。除了金屬疲勞過程的一般規(guī)律外，工業(yè)純鈦和鈦合金中的α相因具有六方晶體結(jié)構(gòu)而其自身特點(diǎn)，即在循環(huán)變形中有孿晶形成，且常伴隨有微裂紋，這是鈦合金疲勞損傷和性能退化的重要機(jī)理。此外，在熱循環(huán)中也有孿晶形成。但孿晶也有積極的作用。工業(yè)純鈦和某些α鈦合金在低溫直至液氮溫度，不僅強(qiáng)度提高，其塑性也提高，我們稱之為“孿生誘導(dǎo)塑性”。理論和實(shí)驗(yàn)證明：加入能降低α相中層錯(cuò)能的合金元素，就能獲得輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、低溫疲勞性能好的鈦合金。 2100433B

隨著地球地震活躍期的來臨，在我國(guó)西部大開發(fā)建設(shè)的背景下，為了保證強(qiáng)震作用下隧道特別是抗震最薄弱部分的明洞段安全，亟需相應(yīng)的減震機(jī)理與災(zāi)害控制對(duì)策研究。采用資料調(diào)研、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)等方法，本課題深入研究了隧道洞口段的地震響應(yīng)機(jī)理及減震對(duì)策。 （1）通過文獻(xiàn)資料的廣泛搜集，明確隧道洞口段的破壞形式可分為：①邊坡失穩(wěn)破壞導(dǎo)致的崩塌、滑落造成其變形和壓損；②隧道門墻壁的破損、傾斜、開裂等問題；③隧道過斷層段的錯(cuò)動(dòng)。 （2）結(jié)合模型試驗(yàn)和數(shù)值分析的方法，研究仰坡角度、襯砌剛度，減震縫間隔對(duì)隧道結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，得出結(jié)論有：①過大的襯砌剛度對(duì)襯砌的受力不利，在保證靜力荷載和變形的條件下，適當(dāng)減小襯砌的剛度可以吸收地震荷載的能量，對(duì)隧道抗震更有利。②無(wú)配筋襯砌相比有配筋襯砌的峰值彎矩大，明洞以及洞口附近襯砌應(yīng)予以配筋。③仰坡坡度越大，洞口段上覆土層越厚，其慣性力和主動(dòng)壓力越大，襯砌附加彎矩峰值越大。在洞口處可以通過接長(zhǎng)明洞來減小仰坡坡度，從而減小襯砌的受力，同時(shí)還可以預(yù)防地震引起的滑坡、落石等次生災(zāi)害。④洞口附近設(shè)置減震縫可以改善襯砌的受力，降低受力集中，使襯砌受力更均勻。 （3）借助模型試驗(yàn)和數(shù)值方法研究上部滑移隔震、下部滑移隔震、下部碎石減震、全包減震、隔震層 下部碎石減震五種措施的減震效果，得出設(shè)置隔震層和下部碎石對(duì)襯砌的減震作用明顯，下部碎石減震作用更為有效。洞門附近可以對(duì)基底進(jìn)行處理，這不僅可以增加基底承載力并且可以起到一定的隔震作用。 本課題研究成果有助于提高隧道結(jié)構(gòu)抗的抗減震，可為相關(guān)工程設(shè)計(jì)與施工提供指導(dǎo)，亦可為今后規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論和技術(shù)支持。 2100433B

電磁鉚接是一種將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使鉚釘發(fā)生塑性變形的新型鉚接方法，其鉚釘變形機(jī)理與普通鉚接不同。為了揭示鈦合金鉚釘變形機(jī)理，實(shí)現(xiàn)鈦合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接及大直徑鉚釘和難成形材料鉚釘?shù)某尚?。本?xiàng)目采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究方法，運(yùn)用宏觀與微觀分析相結(jié)合的手段進(jìn)行。建立了TA1鉚釘材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系；實(shí)現(xiàn)了電磁鉚接過程電磁場(chǎng)與鉚釘變形松散耦合的數(shù)值模擬；獲得了鉚釘動(dòng)態(tài)變形特性；研制了加載速率測(cè)試系統(tǒng)和低電壓鉚接原理樣機(jī)；掌握了各參數(shù)（電參數(shù)和工藝參數(shù)）對(duì)電磁場(chǎng)和鉚釘變形的影響規(guī)律；探索了不同加載方式下材料微觀組織的演變規(guī)律。研究結(jié)果表明：TA1為應(yīng)變速率和溫度敏感材料，隨著應(yīng)變率的增加，其屈服應(yīng)力增加。隨著溫度增加，其屈服應(yīng)力減小?？紤]應(yīng)變率和應(yīng)變歷史對(duì)變形的影響，建立了修正的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型。建立的松散耦合模型能有效地解決電磁鉚接動(dòng)態(tài)多場(chǎng)耦合問題，利用該模型能系統(tǒng)地研究各參數(shù)對(duì)電磁場(chǎng)和鉚釘變形的影響，指導(dǎo)工藝試驗(yàn)。電磁鉚接動(dòng)態(tài)變形過程主要可分為整體自由鐓粗和局部自由鐓粗過程，鐓頭變形可分為難成形區(qū)、小變形區(qū)和大變形區(qū)。鉚釘變形的關(guān)鍵在于控制鐓頭材料的軸向和徑向流動(dòng)。在準(zhǔn)靜態(tài)條件下，TA1鉚釘以位錯(cuò)滑移的方式變形，其組織演化為晶粒碎化與動(dòng)態(tài)回復(fù)交替進(jìn)行的過程。在電磁鉚接條件下，TA1鉚釘以絕熱剪切的方式變形，絕熱剪切帶的演化過程為亞晶轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程。