李鹏 北京航空航天大学宇航学院

 

    研究背景

 

    在金属材料中，应力松弛是使结构的性能显著下降的一种常见方式。现代工业中，金属材料的广泛应用， 以及对高安全性、高可靠性的更加关注，使我们不得不对应力松弛现象引起重视。比如，在长期贮存条件下的导弹，螺栓结构预紧力会随着时间的增长逐渐变小，严重降低导弹结构的可靠性。另外对于常处于高温的工作环境下的金属材料，应力松弛现象就更加显著。例如在核工业中，核电站汽轮机螺栓，工作温度常在200℃以上，又由于存在较大的预紧力，就更容易发生应力松弛现象，降低结构力学性能，甚至使结构失效。在这种背景下，研究应力松弛问题就有了现实意义。

 

    损伤力学近三十年来取得了快速发展，其广泛应用于疲劳破坏等问题分析中，然而，将损伤力学与应力松弛结合起来却鲜有研究。目前对应力松弛的研究多数是根据实验结果加经验公式的方法，是在表象上对应力松弛问题进行研究，无法反映出应力松弛过程中，材料的本身性能会随着应力的下降产生退化这一事实。而将损伤力学与应力松弛问题相结合，不仅能起到有效描述应力松弛现象，并揭示在发生应力松弛过程中材料本身力学性能如刚度等产生损伤和退化的这一现象，还为解决应力松弛与其他环境因素耦合条件下对材料性能的损伤提供便利，为今后分析和解释多场耦合下的、复杂的材料破坏机理提供统一的衡量因子。

 

    本文基于以上思想建立了基于损伤力学的金属应力松弛的力学模型，并通过实验数据看出，这种思想能有效描述应力松弛现象，充分说明了损伤力学的在描述力学问题中的广泛适用性。本文的应力松弛损伤模型是通过对应力松弛特点的分析下提出的假设模型，其模型形式并非唯一，可以根据描述问题的特点进行合理假设。而且本文假设模型仅适用于存在明显应力松弛极限条件下的应力松弛问题，对于少数无应力松弛极限的情况，可以对模型进一步改进。