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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