基于局部法的預(yù)應(yīng)變下高強(qiáng)鋼斷裂預(yù)測研究.pdf

1、鋼材因其具有良好的力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性能和使用性能等優(yōu)點(diǎn)，在船舶、橋梁、壓力容器、電力鐵塔、高層建筑、油氣管道等民用和工業(yè)設(shè)施領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中的重要材料。但無論是在安裝還是在實(shí)際服役過程中都會(huì)受到溫度和塑性變形的影響。針對這兩種影響因素，本文選取Q420高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼和X80管線鋼為研究對象，系統(tǒng)研究了溫度和塑性預(yù)應(yīng)變對鋼材力學(xué)性能及其斷裂韌度的影響，并基于局部法對其斷裂行為進(jìn)行了預(yù)測。
　　 首先根據(jù)沖擊

2、試驗(yàn)結(jié)果得出Q420高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼和X80管線鋼的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間。然后對這兩類鋼材的原材料和預(yù)應(yīng)變材料分別進(jìn)行了不同溫度下的拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著溫度的降低而增大，塑性隨著溫度的降低而減小；拉預(yù)應(yīng)變因工作硬化提高了鋼材的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，而壓預(yù)應(yīng)變因包申格效應(yīng)降低了鋼材的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，但兩者都降低了鋼材的塑性。此外，無論是拉預(yù)應(yīng)變還是壓預(yù)應(yīng)變對屈服強(qiáng)度的影響程度更大。
　　 利用標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲

3、試樣分別測試了Q420高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼和X80管線鋼原材料和預(yù)應(yīng)變材料在不同溫度下的斷裂韌度。試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度對鋼材的斷裂韌度具有顯著影響，其隨著溫度的降低顯著減小，斷裂形式也由延性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變；無論是拉預(yù)應(yīng)變還是壓預(yù)應(yīng)變都降低了鋼材的斷裂韌度，進(jìn)一步引起鋼材斷裂形式的轉(zhuǎn)變。此外，本文并對不同斷裂方式下的試樣斷口形貌進(jìn)行了分析。
　　 通過有限元數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，溫度和預(yù)應(yīng)變對試樣斷裂時(shí)裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變場的增大作用促進(jìn)了材

4、料的脆性斷裂，即彈塑性材料的斷裂主要取決于裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場及其微觀斷裂過程。
　　 本文將局部法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼和管線鋼預(yù)應(yīng)變材料的斷裂行為研究。研究發(fā)現(xiàn)，不同溫度下的原材料試樣和預(yù)應(yīng)變材料試樣發(fā)生斷裂時(shí)，在相同斷裂概率下的威布爾應(yīng)力基本相同，并基于局部法理論由原材料試樣的試驗(yàn)結(jié)果成功預(yù)測了不同溫度下預(yù)應(yīng)變試樣的斷裂韌度概率分布。此外，本研究提出了一個(gè)簡單的參考溫度△Tp評定方法：在服役溫度T下的預(yù)應(yīng)變材料試樣的臨界CTOD值可