基于數值分析的金屬材料斷裂力學柔度測試方法研究.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)范推薦的先進測試技術具有操作設備簡易化、計算機輔助程度高和測試精度高的優(yōu)點。目前絕大多數關于柔度法的研究工作都是基于規(guī)范推薦的標準試樣展開的，且未對柔度公式包含的具體參量進行系統(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，重點完成了如下工作： 1.為分析CT、SEB和V

2、形裂紋試樣的力學響應，基于ANSYS開發(fā)了一系列APDL程序。 2.基于現行斷裂規(guī)范的相關柔度公式，推導出關于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實現利用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行了分析驗證，研究結果表明新公式在小范圍屈服條件下具有較高精度。應用換算式對A508—3鋼進行V0～VLL轉換，實現了實時測試JR阻力曲線，確定了材料的斷裂韌性JIC，該公式

3、彌補了斷裂力學測試規(guī)范的缺失。 3.通過有限元方法研究非標準試樣的柔度與裂紋長度的關系，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現了預測特殊試樣的裂紋長度，有限元結果和試驗結果表明柔度公式具有良好的預測精度。V形裂紋試樣的柔度公式彌補了ASTM B771-87[14]和NACETM0177-96[9]標準的柔度測試方法缺失，為計算機輔助測試V形裂紋試樣和CT(W)試樣的斷裂參數提供了依據，可提

4、高裂紋與應力強度因子的預測精度和工作效率。 4.對標準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行了有限元定量分析，給出了不確定度評價。基于CT和SEB兩種試樣，提出了基于柔度方法預測等效彈性模量的雙參數模型，并對兩種試樣開展了厚度效應研究，提出了材料彈性模量估算的修正方法。 5.應用有限元方法研究了母、焊材復合結構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