三向应力度对船用钢三明治板激光焊焊接接头等效断裂应变的影响

为使船用钢CCS-B三明治板激光焊焊接接头在拉伸初期处于不同应力状态,设计了不同尺寸及缺口半径的试样,分别在平面应变、平面应力状态下获得不同的初始三向应力度,进而获得不同应力状态下的力学性能。试验结果表明：在进行拉伸试验时,试样无论是处于平面应力状态下还是平面应变状态下,随着初始三向应力度的减小,等效断裂应变增大,塑性变好;三向应力度与等效断裂应变之间均满足指数关系,即等效断裂应变随着三向应力度的增加呈现指数减小;断口形貌均为韧窝的韧性断裂形貌。     

AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系研究

对AZ31B镁合金光滑圆棒和缺口圆棒进行了系列准静态拉伸试验,采用ABAQUS对各试样拉伸过程进行了模拟分析。拟合得到了Johnson-Cook断裂失效模型的部分材料常数,建立了AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到ABAQUS中进行仿真模拟,模拟结果与试验结果基本一致,验证了断裂失效模型的正确性。     

6063铝合金在不同应力状态下的变形及损伤行为

用平板拉伸、缺口拉伸、剪切试验结合断口形貌观察及有限元模拟等方法,对6063铝合金在三种不同应力状态下的变形及损伤行为进行了研究.结果表明:在不同应力状态下该合金的变形及损伤行为存在明显的差异,剪切时材料的断裂应变远大于平板和缺口拉伸时的,而缺口拉伸时材料的屈服强度及峰值应力大于平板拉伸时的;平板拉伸时试样为拉剪混合型断裂,断口由一定比例的韧窝和剪切平面组成;缺口拉伸时试样有明显的颈缩,断口以韧窝为主;剪切断口以剪切平面为主;损伤行为的有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

6061铝合金断裂机理的原位拉伸研究

用SEM-520原位拉伸试验对不同应力状态下6061铝合金试件的断裂过程进行研究.结果表明,不同应力状态下的铝合金试样在拉伸过程中其表面均产生了大量的滑移带,但断裂机理不同.随着三轴应力度的降低,断裂从韧窝聚合型混合剪切机制向纯剪切断裂机制过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6061铝合金晶界处为最薄弱环节,微裂纹形核于晶界,随载荷的增加,微裂纹长大和扩展.微裂纹之间通过扩展或剪切而连接导致试样断裂;试样最小断面上的三轴应力度越小,试样断口的两个面上韧窝的取向就越明显,断口越光滑.     

汽车用高强度钢板的动态变形行为

对DP590钢板和CR340LA钢板在应变速率为0.003s-1(准静态)和20~700s-1(动态)下进行了室温拉伸试验,研究了试验钢板的动态拉伸变形行为、应变速率敏感性和动态断裂行为。结果表明:两种试验钢板的动态真应力-真应变曲线均无屈服平台,屈服后真应力随真应变的增加先快速增大后缓慢增大;应变速率对屈服强度的影响略高于对抗拉强度的影响,并且DP590钢板的应变速率敏感性和硬化指数均高于CR340LA钢板的;两种试验钢板的均匀伸长率均随应变速率的增加而降低;随应变速率的增加,DP590钢板中的位错密度增加,当应变速率不小于200s-1时出现位错胞;DP590钢板在准静态拉伸时发生明显颈缩,而动态拉伸时未发生颈缩,且随应变速率的增加,拉伸断口上的C形韧窝数量减少,等轴状韧窝数量增加。     

GH4169高温合金的动态力学行为及其本构关系

采用材料试验机对GH4169高温合金光滑试样与缺口试样进行应变速率为0.000 1～0.010 0s-1下的室温准静态拉伸试验,再利用分离式霍普金森拉、压杆装置进行温度为20～400℃、应变速率为1×102～4×103 s-1下的动态拉伸、压缩试验,得到准静态和动态下的真应力-真应变曲线与失效应变;根据试验数据,采用分步拟合法确定了Johnson-Cook材料模型和失效模型参数,基于Johnson-Cook模型对动态压缩行为进行模拟,并进行试验验证。结果表明:GH4169高温合金的屈服强度随应变速率的增大而增大,随试验温度的升高而降低,该合金具有应变速率强化效应和温度软化效应;模拟结果与试验结果吻合得较好,真应力-真应变曲线的最大相对误差为5.91%,表明经修正后的Johnson-Cook模型可较好地描述GH4169高温合金的动态力学行为。     

6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度关系研究

研究材料断裂应变与应力三轴度的关系,从而建立其断裂失效模型,对分析6061-T6铝合金断裂失效过程具有重要理论意义和应用价值。分别借助数字图像相关(DIC)测量技术和Abaqus软件对6061-T6铝合金光滑圆棒试件与缺口圆棒试件准静态拉伸过程进行试验和数值模拟,基于所得结果对后者应力三轴度进行分析和修正,从而得到Johnson-Cook(J-C)失效模型的部分材料参数,并建立了6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到Abaqus中进行断裂数值模拟,模拟结果与试验结果基本一致,验证了失效模型的正确性。研究表明:6061-T6铝合金的断裂应变随应力三轴度的增加而减小;采用J-C失效模型可以较好的描述6061-T6铝合金在不同应力三轴度下的断裂失效行为。     

缺口圆棒低温断裂的局部法研究

对A508-Ⅲ钢两种缺口尺寸的缺口圆棒拉伸试样进行有限元数值模拟分析及低温断裂试验研究,研究结果表明,对于低温下脆断的缺口圆棒试样(断口呈解理断裂),起裂并非发生于弹性应力分布最大的缺口根部,而是在离开缺口根部有一定距离处,断裂时构件内部应力已非线弹性分布,而为弹塑性分布,采用基于线弹性有限元分析的应力场很难解释试验现象,而基于弹塑性有限元分析的应力场则能较好解释试验结果。基于解理断裂局部法理论,采用数值模拟方法预测不同缺口半径的缺口圆棒试样的解理断裂概率－载荷曲线,提出44%的解理断裂概率所对应的预测载荷值与实际的平均解理断裂载荷值基本相等,在此基础上预测不同缺口半径的解理断裂载荷随缺口半径变化的趋势,并得到试验验证。     

S690QL高强度钢材在不同应力状态下的断裂破坏研究

为研究不同应力状态下S690QL高强度钢材的断裂行为,设计了3种不同缺口半径的圆棒试样和等直试样,开展了圆棒试样的单调拉伸试验,分析了试样中裂纹的起始位置,获得了S690QL高强度钢材的基本力学性能。基于圆棒试样的单调拉伸试验结果,获得了S690QL钢材的真应力-塑性应变本构模型,应用该模型数值分析了缺口圆棒试样在单调荷载下的宏观力学行为,取得了良好的预测结果。最后,借助试验结果与有限元分析,建立了表征S690QL高强度钢材临界塑性应变与应力三轴度关系的计算模型。     

低碳钢的延性断裂

用光滑及缺口拉伸圆试样,预拉伸至不同形变量,产生不同数量及大小的韧窝,然后在液氮中冷透取出再拉,产生解理断裂,在扫描电镜下观察断口上韧窝情况(有、无;多、寡;大、小及深、浅),提出断裂时孔洞的萌生、长大和聚合的详细过程,并由定量金相计点法算出韧窝与应变的定量关系。     

汽车用电镀锌IF钢板的应变速率及温度敏感性

对汽车用电镀锌IF钢板进行不同拉伸温度和应变速率下的单向拉伸试验,研究了应力-应变曲线随拉伸温度、应变速率的变化规律,分析了拉伸温度和应变速率对该钢力学性能的影响和应变速率敏感指数随拉伸温度的变化规律。结果表明:IF钢单向拉伸应力随拉伸温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大;屈强比随拉伸温度升高而呈向上开口的抛物线,临界温度约为120℃;不同应变速率下的硬化指数随拉伸温度的变化规律不尽相同;断裂伸长率随拉伸温度和应变速率的变化不大;力学性能的临界温度在100～120℃,但应变速率敏感指数在60℃时最大;此外其温度敏感性系数随应变速率的增加而增大。     

不同应变速率下D1车轮钢的拉伸性能与断口形貌

在不同应变速率下对D1车轮钢进行准静态和动态单轴拉伸试验,研究了应变速率对其拉伸性能的影响,并对断口形貌进行了分析。结果表明:D1车轮钢呈现出一定的应变速率敏感特性,其屈服强度和塑性流动应力均随着应变速率的增大而增大;取样方向对车轮钢的力学性能几乎没有影响;其拉伸断口具备明显的纤维区和剪切唇特征,但放射区特征不明显;准静态拉伸试样为韧性断裂机制,而动态拉伸试样则呈现出准韧性断裂机制。     

缺口应力集中对40Cr钢高周疲劳性能的影响

用超声疲劳试验方法测定了40Cr钢光滑试样和缺口试样在105-1010周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了缺口应力集中对疲劳性能的影响。结果表明:两种试样的S-N曲线呈现连续下降特征;缺口应力集中对材料疲劳性能的影响表现出阶段性特征,存在一个临界疲劳断裂循环数Nc,当疲劳断裂周次NfNc,Kf随Nf的增加而减小。在107以上超高周范围内,Kf和疲劳缺口敏感系数g与Nf具有线性关系。     

基于V型缺口试样冲击性能确定1Cr17Ni2不锈钢的热处理工艺

对1Cr17Ni2不锈钢进行了不同温度的淬火+回火热处理,研究了其V型缺口试样冲击性能与淬火和回火温度的关系;基于V型缺口试样冲击性能确定了较佳热处理工艺,并测试了该工艺热处理后试验钢的拉伸性能。结果表明:V型缺口试样的冲击吸收功随淬火温度和回火温度的升高而增大;回火温度对其断裂方式的影响大于淬火温度的,随回火温度升高,断裂方式从沿晶和解理的脆性开裂向韧窝型韧性开裂转变;当淬火温度为980℃或1 020℃,回火温度大于650℃时,该钢可满足螺柱冲击韧性和强度的要求,如需二次回火,则推荐二次回火温度应高于620℃。     

980MPa高强钢TIG焊接接头原位拉伸断裂机理

对新型980MPa深海用高强钢TIG焊接接头5种不同缺口位置的试样进行了原位拉伸试验,通过试验观察了每个试样的动态断裂过程,并对其断裂机理进行了详细研究和分析,最终确定焊接接头的薄弱环节。试验结果表明:直缺口试样的微观断裂经历了塑性变形、缺口处起裂、裂纹扩展、裂纹尖端钝化,直至试样断裂的过程,并且在裂纹扩展过程中,裂纹尖端重复钝化、扩展、新裂纹产生、再钝化、再扩展的过程;圆弧试样和平板试样在剪切力的作用下经历塑性变形、颈缩、出现微裂纹、微裂纹扩展,直至试样瞬间断裂的过程,并且圆弧试样和平板试样的起裂应力和断裂应力十分接近,表现为突发形式;平板试样中发现最后断裂在焊缝金属处,这说明其薄弱环节为焊缝金属处。     

1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温疲劳蠕变交互作用的试验研究

通过对1.25Cr0.5Mo钢半圆和V型缺口试样520℃和540℃环境下应力控制的梯形波加载试验,对1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温环境下疲劳蠕变交互作用的规律进行了研究。研究表明:1.25Cr0.5Mo钢缺口试样在高温环境下对应力的敏感性不高;与光滑试样不同,缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用下的破坏机制以疲劳为主;缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用的断裂寿命主要应力、温度和缺口形状的影响。     

GTN损伤模型对C-Mn钢缺口拉伸试样延性断裂的预测

用GTN(Gurson, Tvergaard, Needleman)损伤模型对不同缺口根半径的C-Mn钢缺口圆棒拉伸试样的延性断裂进行有限元模拟预测.结果表明, 当缺口根半径R≤2 mm时,GTN模型对缺口拉伸时的最大载荷Pm、起裂载荷Pi、断裂载荷Pf和断裂功E的预测值与实验值较为接近.而当R＞2 mm后,预测值与实验值的偏差变大.其原因在于GTN模型是基于微孔洞长大和聚合的延性断裂机理而建立,对于根半径较小,促使孔洞长大的三向应力度较高的缺口试样较为适用.GTN模型预测的三个特征载荷,尤其是表征韧性的断裂功E的值总体上高于实验测定值,并且其预测的延性起裂位置在R≥1 mm时也与实验观察不一致.其原因是GTN模型未考虑实际材料组织中具体的夹杂物/孔洞的尺寸、形态、分布和方位对损伤演化和断裂过程的影响.     

疲劳载荷对P92钢高温拉伸性能的影响

在650℃、应变控制条件下对P92钢进行了不同循环周次的疲劳试验,随后在650℃进行了拉伸性能试验,研究了疲劳载荷对该钢高温拉伸性能的影响。结果表明:经不同周次疲劳试验后,P92钢的高温拉伸性能下降,当循环周次达到20%N_f(N_f为疲劳寿命)时,抗拉强度和屈服强度分别下降了19.1%和38.6%,当循环周次高于20%N_f时,抗拉强度和屈服强度趋向稳定;疲劳试验试样的拉伸断口均呈韧性断裂特征,当循环周次由0增至20%N_f时,拉伸断口上的韧窝由小而深变为大而浅,当循环周次达到20%N_f以上时,韧窝尺寸变化不大。     

X70管线钢管环焊接头在低约束条件下的断裂韧性

针对基于应变设计的X70管线钢管,采用单边缺口拉伸试验对该钢钢管环焊缝金属及热影响区的裂纹尖端张开位移进行研究,获得了裂纹延性扩展过程的断裂阻力曲线,并对热影响区试样的试验结果进行了有效性验证。结果表明:热影响区试样的裂纹尖端距熔合线的距离在0.5mm以内,焊缝金属和热影响区试样的断裂阻力曲线分别为δ=1.395 78(Δa)0.783 35,δ=1.553 38(Δa)0.821 75;采用单边缺口拉伸试验能准确测出管线钢环焊接头在低约束条件下的断裂韧性;试验结果可以为管线基于应变设计和工程临界评价提供依据。     

基于Time-Hardening蠕变模型和“骨点”应力方法预测P92钢缺口圆棒多轴蠕变寿命

提出一种用于预测金属缺口圆棒多轴蠕变寿命的方法。基于Time-Hardening蠕变模型,对缺口部位在蠕变过程中的应力分布进行了模拟。将蠕变过程中,缺口最小截面上应力不随时间变化的位置确定为"骨点"。然后借助光滑圆棒试样单轴蠕变试验的寿命-应力关系,使用"骨点"位置的等效应力预测缺口圆棒的多轴蠕变寿命。分别运用该方法和欧盟的多轴蠕变规范方法预测P92钢不同缺口半径的缺口圆棒试样多轴蠕变寿命。结果表明,该方法寿命预测精度与欧盟规范中的方法相当。本方法更加简便,方便工程应用。