以X80管道鋼為研究對象開展基于小沖桿試驗的斷裂韌性研究。設計一種環(huán)形缺口小沖桿試樣,建立環(huán)形缺口位置、關鍵幾何參數確定方法,基于所設計試樣開展試驗及數值模擬,在數值模擬可靠性驗證基礎上判斷試樣的起裂位移,結合圍線積分方法確定基于小沖桿試驗的斷裂韌性,并與標準斷裂韌性試驗所得結果進行關聯。結果表明:所提出的以最大等效塑性應變處作為環(huán)形缺口預制位置是合理的,所建立的小沖桿試驗與標準斷裂韌性試驗測試結果關聯模型可廣泛用于多種材料。 

【文章來源】：中國石油大學學報(自然科學版). 2020,44(05)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

小沖桿試驗裝置原理圖

小沖桿試樣為圓片式軸對稱結構,模型簡化為二維軸對稱模型。模型尺寸與試驗試樣一致,試樣厚度h為0.5 mm,直徑d1取為10 mm,在保證計算精度的基礎上,采用四節(jié)點縮減積分單元CAX4R對模型進行均勻網格劃分;沖頭和上下夾具尺寸均與試驗裝置設為一致,不考慮三者變形,均簡化為解析剛體分析。分別對上下夾具施加固定約束,對試樣中心邊界設置軸對稱約束,在試樣與沖頭夾具之間設置接觸。圖2為常規(guī)小沖桿試驗有限元模型示意圖。采用GTN模型模擬小沖桿試驗過程中試樣的彈塑性變形、損傷與斷裂行為。GTN模型是由Gurson提出,后經Tvergaard和Needleman驗證和修正的一種表征孔洞演化過程和預測材料的起裂和擴展的細觀損傷模型。小沖桿試驗有限元模型材料參數的定義分為兩部分:一部分是材料彈塑性參數定義;另一部分是材料損傷參數定義。前者以單軸拉伸試驗結果為依據,如圖3所示;后者結合文獻中常用參數并經過大量試算確定,最終確定下的損傷參數模擬結果與試驗結果最為接近,如圖4所示。

式中,Req為宏觀Mises等效應力;ReL為材料屈服強度;RH為宏觀靜水應力;q1、q2、q3為材料損傷參數,分別為1.5、1、2.25;f*為孔洞體積分數;fc和fF分別為臨界聚合孔洞和斷裂孔洞體積分數,分別為0.03和0.15。圖4 標準小沖桿試驗及數值模擬載荷位移曲線

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3131072