基于數(shù)值分析的金屬材料斷裂力學(xué)柔度測(cè)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(cè)試規(guī)范推薦的先進(jìn)測(cè)試技術(shù)具有操作設(shè)備簡(jiǎn)易化、計(jì)算機(jī)輔助程度高和測(cè)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(kāi)的，且未對(duì)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(cè)試帶來(lái)極大不便，本文針對(duì)柔度方法開(kāi)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(kāi)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(guò)測(cè)試試樣的裂紋嘴張開(kāi)位移V0實(shí)現(xiàn)利用P～VLL曲線測(cè)試J積分，并利用有限元和試驗(yàn)方法對(duì)換算公式進(jìn)行了分析驗(yàn)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(duì)A508—3鋼進(jìn)行V0～VLL轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)試規(guī)范的缺失。 3.通過(guò)有限元方法研究非標(biāo)準(zhǔn)試樣的柔度與裂紋長(zhǎng)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(guò)測(cè)試裂紋張開(kāi)位移實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)特殊試樣的裂紋長(zhǎng)度，有限元結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果表明柔度公式具有良好的預(yù)測(cè)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(cè)試方法缺失，為計(jì)算機(jī)輔助測(cè)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(cè)精度和工作效率。 4.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)CT和SEB試樣的幾何尺寸和疲勞裂紋形狀展開(kāi)不確定度研究，并針對(duì)各主要參量進(jìn)行了有限元定量分析，給出了不確定度評(píng)價(jià)?；贑T和SEB兩種試樣，提出了基于柔度方法預(yù)測(cè)等效彈性模量的雙參數(shù)模型，并對(duì)兩種試樣開(kāi)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(zhǎng)度α、試樣