基于數(shù)值分析的金屬材料斷裂力學(xué)柔度測試方法研究.pdf

1、隨著航空、核電、高鐵、石油工程的發(fā)展，與工程安全密切相關(guān)的新型材料斷裂疲勞性能研究受到廣泛重視，柔度法作為各種斷裂測試規(guī)范推薦的先進(jìn)測試技術(shù)具有操作設(shè)備簡易化、計算機(jī)輔助程度高和測試精度高的優(yōu)點(diǎn)。目前絕大多數(shù)關(guān)于柔度法的研究工作都是基于規(guī)范推薦的標(biāo)準(zhǔn)試樣展開的，且未對柔度公式包含的具體參量進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，給科研和工程中材料的斷裂測試帶來極大不便，本文針對柔度方法開展了系統(tǒng)研究，重點(diǎn)完成了如下工作： 1.為分析CT、SEB和V

2、形裂紋試樣的力學(xué)響應(yīng)，基于ANSYS開發(fā)了一系列APDL程序。 2.基于現(xiàn)行斷裂規(guī)范的相關(guān)柔度公式，推導(dǎo)出關(guān)于CT和SEB試樣VLL～V0的COD換算公式，可通過測試試樣的裂紋嘴張開位移V0實(shí)現(xiàn)利用P～VLL曲線測試J積分，并利用有限元和試驗方法對換算公式進(jìn)行了分析驗證，研究結(jié)果表明新公式在小范圍屈服條件下具有較高精度。應(yīng)用換算式對A508—3鋼進(jìn)行V0～VLL轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時測試JR阻力曲線，確定了材料的斷裂韌性JIC，該公式

3、彌補(bǔ)了斷裂力學(xué)測試規(guī)范的缺失。 3.通過有限元方法研究非標(biāo)準(zhǔn)試樣的柔度與裂紋長度的關(guān)系，分別提出適用于V形裂紋試樣和CT(W)試樣的柔度公式，通過測試裂紋張開位移實(shí)現(xiàn)了預(yù)測特殊試樣的裂紋長度，有限元結(jié)果和試驗結(jié)果表明柔度公式具有良好的預(yù)測精度。V形裂紋試樣的柔度公式彌補(bǔ)了ASTM B771-87[14]和NACETM0177-96[9]標(biāo)準(zhǔn)的柔度測試方法缺失，為計算機(jī)輔助測試V形裂紋試樣和CT(W)試樣的斷裂參數(shù)提供了依據(jù)，可提

4、高裂紋與應(yīng)力強(qiáng)度因子的預(yù)測精度和工作效率。 4.對標(biāo)準(zhǔn)CT和SEB試樣的幾何尺寸和疲勞裂紋形狀展開不確定度研究，并針對各主要參量進(jìn)行了有限元定量分析，給出了不確定度評價?；贑T和SEB兩種試樣，提出了基于柔度方法預(yù)測等效彈性模量的雙參數(shù)模型，并對兩種試樣開展了厚度效應(yīng)研究，提出了材料彈性模量估算的修正方法。 5.應(yīng)用有限元方法研究了母、焊材復(fù)合結(jié)構(gòu)CT試樣的等效彈性模量Ee，分析了母、焊材彈性模量比β、裂紋長度α、試樣