李鵬 北京航空航天大學宇航學院

 

    研究背景

 

    在金屬材料中，應力松弛是使結構的性能顯著下降的一種常見方式。現代工業中，金屬材料的廣泛應用， 以及對高安全性、高可靠性的更加關注，使我們不得不對應力松弛現象引起重視。比如，在長期貯存條件下的導彈，螺栓結構預緊力會隨著時間的增長逐漸變小，嚴重降低導彈結構的可靠性。另外對于常處于高溫的工作環境下的金屬材料，應力松弛現象就更加顯著。例如在核工業中，核電站汽輪機螺栓，工作溫度常在200℃以上，又由于存在較大的預緊力，就更容易發生應力松弛現象，降低結構力學性能，甚至使結構失效。在這種背景下，研究應力松弛問題就有了現實意義。

 

    損傷力學近三十年來取得了快速發展，其廣泛應用于疲勞破壞等問題分析中，然而，將損傷力學與應力松弛結合起來卻鮮有研究。目前對應力松弛的研究多數是根據實驗結果加經驗公式的方法，是在表象上對應力松弛問題進行研究，無法反映出應力松弛過程中，材料的本身性能會隨著應力的下降產生退化這一事實。而將損傷力學與應力松弛問題相結合，不僅能起到有效描述應力松弛現象，并揭示在發生應力松弛過程中材料本身力學性能如剛度等產生損傷和退化的這一現象，還為解決應力松弛與其他環境因素耦合條件下對材料性能的損傷提供便利，為今后分析和解釋多場耦合下的、復雜的材料破壞機理提供統一的衡量因子。

 

    本文基于以上思想建立了基于損傷力學的金屬應力松弛的力學模型，并通過實驗數據看出，這種思想能有效描述應力松弛現象，充分說明了損傷力學的在描述力學問題中的廣泛適用性。本文的應力松弛損傷模型是通過對應力松弛特點的分析下提出的假設模型，其模型形式并非唯一，可以根據描述問題的特點進行合理假設。而且本文假設模型僅適用于存在明顯應力松弛極限條件下的應力松弛問題，對于少數無應力松弛極限的情況，可以對模型進一步改進。