CF钢临界空穴扩张比参数的测试研究

本文概要介绍了新的韧断特性参数,即临界空穴扩张比的宏观形式 V_(GC)和细观形式 R_c/R_o 的测试方法及对 CF 钢制试件的实测结果.论述了宏观参数 V_(GC)与细观参数 R_c/R_o 二者的关系.阐明了临界空穴扩张比判据的物理意义.     

基于ASME应变限制准则的小冲杆试验等效断裂应变

小冲杆试验(Small Punch Test,SPT)技术是一种新型微试样试验技术,通过极少量材料就能得到材料的许多力学性能。本文以压力容器常用钢材Q345R为研究对象,通过ABAQUS有限元软件模拟小冲杆试验过程,得到了小冲杆试样最先失效单元的应力三轴度;然后根据ASME防止局部失效的应变限制准则中求解多轴应变极限的方法,对小冲杆试验的等效断裂应变进行了研究。研究结果表明:基于ASME应变限制准则的等效断裂应变具有较大的保守性,作者所提出的修正应变限制准则参数的方法是可行的。此外,小冲杆试样的尺寸效应对等效断裂应变也有重要影响,使得计算的等效断裂应变比有限元模拟的应变值小。     

铝合金 2A12韧性断裂机制的实验研究

用轴对称圆棒静拉伸实验研究了铝合金2A12韧性断裂的特点,并探讨了临界空穴扩张比参数-VGC在实验材料上的适用性。实验测试了实验材料的拉伸特性参数及VGC参数。实验证实实验材料在不同应力状态下会发生断裂形式的转变,光滑试样表现为剪切破坏,而缺口试样为拉伸破坏,VGC参数对材料的断裂形式较为敏感。用SEM观测了试样断口显示缺口试样为空穴聚合型断裂机制。VGC参数只适用于以拉伸型断裂为主的缺口试样,对以剪切断裂为主的光滑拉伸试样不适用。     

聚氨酯(PU)在力学性能测试中的摩擦效应与变形均匀性研究

作为防弹玻璃夹层材料,PU的动态力学性能一直受到学者们的关注。为准确表征其动态力学性能,本文采用ABAQUS有限元软件对不同摩擦系数下的单轴压缩试验进行数值仿真,分析试样加载端面的摩擦效应和几何尺寸对单轴压缩试验结果的影响;结合高速摄影技术(HSP)与数字图像相关技术(DIC)观测到试样在拉伸试验中的动态变形场和应变场,探讨标距段的应力均衡性;同时对PU材料在不同应变率下的单轴压缩、拉伸力学性能进行测试。结果表明:压缩试样的端面摩擦效应限制横向变形,影响了试样内部的受力分布,使得测量得到的应力值偏大;试样长径比越小,端面摩擦效应的影响越大;在单轴动态拉伸试验中,板状拉伸试样的标距段选取应当考虑两端倒角尺寸。通过测试PU的拉、压力学性能,发现材料具有显著的应变率敏感性。     

理想弹塑性材料中Ⅲ型裂纹扩展的理论阻力曲线

用复变函数中的Cauohy积分公式求出了理想弹塑性材料中小范围屈服条件下Ⅲ型裂纹准静态扩展时裂纹线上塑性区尺寸x_p与应力强度因子K_m的关系式。利用这个关系式将Rice[1]根据临界塑性应变准则建立的x_p(l)的积分方程,l为裂纹扩展量,化为阻力曲线K_R(l)的积分方程.采用文献[2]中的方法得到K_R(l)在不同临界塑性应变下的数值解.结果表明K_R随l的增加而单调增加.最后达到裂纹准静态定常扩展所需要的常数值.     

基于试验与有限元耦合技术的延性材料全程单轴本构关系获取方法

摘 要: 材料拉伸直至断裂的全程单轴本构关系对材料大变形和断裂机理研究具有重要意义。传统拉伸试验获取的材料真应力-真应变曲线在试样颈缩后不可测。借助可以精确测量三维变形的DIC(Digital image correlate) 技术和有限元分析技术(Finite element analysis),本文提出了基于漏斗试样拉伸试验获取材料全程单轴本构关系的新方法,即TF(Test and FEA)方法。该方法将TF方法获取的材料全程单轴应力应变关系曲线作为有限元软件中的材料本构关系对漏斗试样拉伸变形过程进行模拟,其模拟载荷-位移曲线、漏斗根部直径-位移曲线和漏斗变形轮廓线等均与试验结果吻合良好,试样表面模拟应变也与DIC测试结果吻合, 根据不同半径漏斗试样模拟获得的全程真应力-真应变曲线保持良好一致性。最后,还对试样颈缩断面的力学行为进行了讨论,并给出了304不锈钢、汽轮机叶片材料2Cr12Ni4Mo3VNBN和 1Gr12Ni3Mo2VN、汽轮机转子材料30Cr2Ni4MoV的全程单轴本构关系模型参数、破断应力和破断应变。     

钛合金在低温下的高速变形特性和绝热剪切

采用SHPB技术在室温和低温下,对β相钛合金TB-2的高速变形特性和绝热剪切进行了宏观和微观研究。结果表明,TB-2是一个对应变率和温度敏感的材料,其热粘塑性本构特性可表为 α=(σ_0+E_(1ε)(1+glnε/ε_0)(1-α(T-T_n) /T_n)显微观察表明,TB—2在低温下比在常温下对绝热剪切更敏感。低温下绝热剪切带的形态和结构也和常温下有所不同。把文献[9]所建议的绝热剪切的热粘塑性失稳准则,应用到不同的环境温度下,本文建议了一个既依赖于应变和应变率,又依赖于环境温度的三变量准则。理论预示和试验结果符合较好。     

也谈材料压缩时的破坏形式

对于脆性材料压缩试样断裂面的形式,文献[1]和[2]进行了一些讨论。这里补充两种材料的试验结果,以作进一步的探讨。其一,文献[3]介绍了碳素工具钢y10A(此牌号相当于我国的T10A)的试验情况和结果。为了使试样处于单向压缩状态,该试验采用了两端带有浅凹锥的厚壁圆筒形的压缩试样。这种硬而脆的材料的伸长率和缩短率都小于1%。所测得的拉伸和压缩的强度限分别为σ_b=200kg/mm~2和σ_c=400kg/mm~2。若把这两个数字代人文献[1]所给的公式 ...     

临界空穴扩张比判据及其初步应用

本文从宏观与细观两个方面论述了临界空穴扩张比判据的理论与实验基础;初步研究了临界空穴扩张比的宏观形式V_(GC)及其细观形式Rc/Ro的关系;介绍了宏观形式临界空穴扩张比参数的测试方法,给出了若干材料的V_(GC)数值;对比研究了八种不同材料热处理状态的V_(GC)值,发现可将V_(GC)参数有效地用于材料及热处理制度的筛选,文中还指出了断裂吸收比能(ASPEF)准则的缺陷,提出了修正的ASPEF方法,并讨论了后者与临界空穴扩张比的关系.     

用HJC本构模型模拟混凝土SHPB实验

运用Holmquist-Johnson-Cook (HJC) 本构模型对混凝土的SHPB实验进行了数值模拟。解决了罚函数算法中罚因子合理数值的选取问题。利用模拟结果按SHPB两波法重构了试样的应力应变曲线。分析了混凝土材料的SHPB实验得到应力应变曲线的有效段范围和各段的力学规律。通过比较实际混凝土材料SHPB实验和数值模拟得到的应力应变曲线,发现两者体现的力学行为很相似,即HJC模型是描述该类材料的一种合理本构模型。模拟了试样不同平行度公差下的SHPB实验,发现在一定应变率范围内其影响程度远大于试样应力(应变)不均匀性。     

Empirical assessment of ductile fracture initiation in steel bars with notch and three-point bend specimen with edge crack

Proposed is a parameter defined to characterize the onset of macrocrack initiation in notched steel bars and cracked three-point bend specimens. It accounts for stress triaxiality and damage by plasticity reflected via the effective plastic strain. Results are obtained for notched round bars made of 20#, A3, DE36I and DE36II steel by assuming that the stress triaxiality increases with increasing effective plastic strain; they are compared with the results by letting the stress triaxiality to be constant. Use are made of experimental data on the necking of tensile bars. The parameter corresponding to the onset of ductile fracture were found to be nearly constant. Since the local effective plastic stress can be related to the crack tip opening (COD) distance, the same procedure can be applied to evaluate fracture initiation in three-point bend specimens with an edge crack. It is found that the COD in AS1204-350 and AS1405-180 structural steels decreased with increasing stress triaxiality.     

Crack initiation behavior in StE690 Steel characterized by strain energy density criterion

The energy density criterion is employed to characterize the crack initiation of pre-cracked specimens. Three-point-bending specimens are used with normalized crack length varying from 0.1 to 0.5. The specimens are made of German steel StE690. The results show that the local energy density increases with almost the same rate with crack extension as the specimen geometry changes. This indicates that the strain energy density can be used to characterize the onset of crack initiation for pre-cracked specimens.     

准一维应变下Al2O3陶瓷动态压缩失效的实验研究

为了考察Al2O3陶瓷准一维应变下的力学性能,采用LY12铝套筒和45钢套筒对陶瓷试样进行了环向约束,在准静态和动态下分别进行了压缩实验,得到了材料的应力-应变曲线。实验结果表明,Al2O3陶瓷的轴向压缩强度基本上随围压的增大而增大,动态压缩加载下的轴向压缩强度随应变率增大而增大。Al2O3陶瓷在准一维应变下的破坏形式为裂纹破坏,准静态的脆性失效行为可以用Mohr-Coulomb失效准则来描述。     

汽车薄钢板应力应变曲线及屈服轨迹的研究

采用十字形双向拉伸的实验方法对两种汽车用薄钢板BH220和SPEN进行了不同 加载路径下的双向拉伸试验，得到了不同应力状态下的应力应变关系曲线，同时，根据单位 体积塑性功相等的原则，确定了两种钢板等效塑性应变从0.2\%$\sim$2\%的实验屈服轨迹. 结果分析表明：不同加载路径下板料的应力应变关系不同，随着加载比例由单拉到等双拉状 态，板料的硬化指数逐步增大；实验屈服轨迹呈外凸性，且以等双拉为界的上下部分屈服轨 迹不对称，随着变形程度的增加，屈服轨迹向外扩大，但单拉时强化程度最小，而等双拉 时最大. 对BH220和SPEN钢板的实验屈服轨迹与几种常用理论屈服轨迹的比较发现，Hosford各向 异性屈服准则的理论轨迹与实验结果最为接近，Hill48准则与实验结果相差最大，此外一 向被视为只适用于各向同性材料的Mises准则与实验结果也较为接近，其他几个屈服准则的 理论屈服轨迹与实验点相差较大.     

Experimental investigation into plastic damage of microvoids with interaction

A mechanism of plastic flow localization in ductile matter near microvoids is studied. The voids with the size-scale of micromillimeter exist in sheet specimens under tensile loading, and the plastic strain field around voids is obtained by digital image processing of deformed grids. The size growth of the microvoids, the spacing change of the neighboring voids, and the development of shear bands in the ligament between the voids, are presented by experimental results accompanied with the plastic strain distribution, that gives good interpretation to the process of void growth and coalescence with the flow localization in the ligaments. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

含缺口试件疲劳全寿命预测一种建议的方法

传统的研究含缺口构件的疲劳的方法是将疲劳启裂和疲劳裂纹扩展两个过程完全独立起来,用不同的方法来模拟,相互间并没有定量的关系。本文是基于最新发展的多轴疲劳损伤理论,建立了一种适用于各种载荷条件下的疲劳启裂和裂纹扩展的普适方法。根据从弹塑性分析中得到的应力应变,确定疲劳损伤模型,建立能够预测疲劳启裂、裂纹扩展速率和扩展方向的新方法。整个模拟可以分为两步:弹-塑性应力分析得到材料的应力应变分布;再运用一个通用的疲劳准则预测疲劳裂纹启裂和裂纹扩展。通过对1070号钢含缺口试件的疲劳全寿命预测,得到了与实验非常吻合的模拟结果。     

钢纤混凝土裂纹尖端应变场的实验研究

本文应用散斑干涉技术在四组含纤量分别为０，０．５％，１％，１．５％的钢纤混凝土三点弯曲裂纹试件的裂纹尖端位移场进行了测试，并换算为应变场。对钢纤混凝土开裂的基理进行了探讨；验证了最大位应变准则；并测定断裂韧度Ｊｉｃ．     

矩形中空夹层再生混凝土钢管短柱轴压试验研究

以截面形式、截面长宽比和混凝土类型为参数共设计了8根矩形中空夹层钢管混凝土试件,对其进行轴压实验并对其破坏形态、荷载-纵向应变关系曲线及外钢管横向应变发展规律进行分析。其中截面形式包括矩形套矩形和矩形套圆形两种,截面长宽比分别为1.25和1.5,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:对于截面形式相同的试件,长宽比较大者极限承载力更小,且其长边横向应变发展更快;对于长宽比相同的试件,矩形套矩形截面的试件长边横向应变发展比矩形套圆形截面的更快;混凝土类型对试件的极限承载力和破坏形态影响不大。最后运用有限元软件ABAQUS对8根短柱的轴压全过程进行模拟,并将有限元计算得到荷载-纵向应变曲线与实验实测曲线进行对比,两者吻合较好且互相验证。     

关于多轴疲劳寿命临界面法影响因素的分析与计算

本文以拉-扭非比例加载下的薄壁圆管试件为研究对象,以最大法向应变的最大剪应变平面为临界面,并对此临界面上的应变状态进行了分析。采用统一型疲劳寿命预测模型,以正火45钢为例,研究了非比例加载时相位差对疲劳寿命的影响,进而对不同正应变幅和应变幅值比加载下的危险相位差的变化规律进行了计算分析。结果发现:应变幅值比对疲劳寿命最短时的危险相位差的影响呈先上升后下降的趋势;并给出了不同应变幅值比时危险相位差的计算通式,式中的系数可通过材料力学性能与单轴疲劳参数计算得到。最后给出了15种材料的系数供实际应用时参考。