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。     

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.     

截面形状对材料微孔洞损伤破坏的影响

为探讨截面形状对金属材料微孔洞损伤破坏的影响,针对圆形、矩形横截面缺口试样进行了拉伸破坏、预拉伸低温冲断试验,断口扫描电镜观察及有限元计算;用细观力学模型计算了缺口试样断裂时微孔洞长大体积率沿断口的分布和断口的起裂位置,并模拟了断口上起裂处微孔洞长大。结果表明：截面形状对材料微孔洞损伤演化有较大的影响,圆形、矩形横截面缺口试样断裂时起裂处微孔洞长大体积率相差较大,微孔洞长大的临界值不是材料常数;用R-T模型、GTN模型模拟非轴对称三轴应力状态下材料微孔洞损伤演化有较大的误差。     

缺口对ML20MnTiB钢拉伸强度的影响研究

对ML20MnTiB钢光滑试样和不同半径U形缺口试样进行拉伸试验,根据光滑试样所测得的数据,获得光滑试验真应力对数应变曲线。对各缺口试样的拉伸断裂过程进行仿真,获得各缺口试样拉伸过程中的应力、应变场,并对各缺口试样断裂面形态及断裂机理进行扫描电镜分析,由此研究缺口对ML20MnTiB钢拉伸强度的影响。研究结果表明,失效应力随缺口半径减小而增大,失效应变随缺口半径减小而减小,以光滑试样的本构关系及材料自身性能参数可以较为准确地预测缺口试样的拉伸加载过程。当应变增大时,试样产生缺口强化现象。各缺口试样的断裂机理均为韧窝型断裂,在应力三轴度及塑性应变的作用下,随着缺口半径的减小,断裂面的韧窝增大。     

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。     

剪切修正GTN模型在小冲杆试验中的应用研究

小冲杆试验作为一种非标准的微试样测试技术,能有效地获取薄板结构的材料参数。而选用合适的损伤模型对准确表征材料变形到断裂的整个过程有着重要影响。基于NAHSHON提出的含剪切修正项的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型,通过有限元软件ABAQUS及用户自定义子程序VUMAT考察不同应力三轴度对断裂失效的影响。采用有限元模拟和拉伸试验获得冷轧硅钢材料的无损伤弹塑性力学参数以及GTN损伤演化模型中的形核参数和临界断裂参数,通过纯剪切试验和数值模拟的对比确定出材料中微孔洞的剪切变形对材料损伤演化的贡献。运用剪切修正的GTN模型对小冲杆试验进行模拟,结果表明,由于修正GTN模型考虑了微孔洞剪切畸变的对材料损伤影响,模拟结果比原GTN模型更接近于试验数据,可更好地应用于小冲杆试验的研究。     

不同温度固溶处理后FeMnSiCrNi形状记忆合金的力学性能和断裂特征

采用组织观察和拉伸试验等手段研究了经不同温度固溶处理后FeMnSiCrNi合金的力学性能与断裂行为.结果表明:经一定温度固溶处理后,铁基合金标准拉伸试样的拉伸断裂过程具有应力诱发马氏体相变和马氏体自身滑移两个塑性变形阶段;当固溶处理温度为1000℃时,该合金具有优良的综合力学性能;其拉伸试样的断裂机制为微孔聚集型延性断裂,断口特征主要表现为大量的韧窝.     

双相10钢拉伸变形及断裂过程研究

本文通过不同温度亚温淬火及回火,在10铁中得到具有不同体积百分比及不同强度比的铁素体－马氏体双相组织,并研究了这些组织对钢强度、塑性及拉伸时两相变形行为和断裂过程的影响。结果表明,拉伸时马氏体的变形小于双相组织的平均变形,其差值不仅与马氏体的强度有关,同时还受到马氏体区几何形状的影响。低温回火的试样断裂前的微孔及裂纹只产生于铁素体晶粒内部,断口为韧窝＋准解理的混合型;高温回火后,微孔及裂纹的产生部位不再有明显的选择性,裂纹常常穿越马氏体区扩展,断口全部为韧窝状。     

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。     

普通低碳钢的三轴应力状态和断裂应变

采用A3普通低碳钢的圆周缺口拉伸试样,研究了其三轴应力状态和断裂应变的关系。结果表明断裂应变的对数和断裂时的三轴应力状态参数之间存在线性关系,表征材料内部损伤临界特征的β_c为不敏感于应力状态的材料常数。     

切口试样破坏过程试验与细观数值分析

对切口圆棒试样与切口板试样进行单向拉伸试验和有限元数值分析，以试样最小横截面上各点变化的应力应变场为体胞演化的载荷控制条件，采用三维含球形微孔洞体胞模型分别对各点微孔洞长大规律进行数值模拟。结果表明，在试样得到的断口韧性区域内，微孔洞的生长速度较快；试样失稳前微孔洞相对体积百分数最大的区域与试验时试样的起裂位置一致，因而证实微孔洞的演化是导致试样材料在拉伸条件下破坏的主要原因，同时也证实体胞模型用于局部破坏分析的有效性。     

High-temperature rupture of 5083-Al alloy under multiaxial stress states

High-temperature rupture behavior of 5083-A1 alloy was tested for failure at 548K under multiaxial stress conditions : uniaxial tension using smooth bar specimens, biaxial shearing using double shear bar specimens, and triaxial tension using notched bar specimens. Rupture times were compared for uniaxial, biaxial, and triaxial stress conditions with respect to the maximum principal stress, the von Mises effective stress, and the principal facet stress. The results indicate that the von Mises effective and principal facet stresses give good correlation for the material investigated, and these parameters can predict creep life data under the multiaxial stress states with the rupture data obtained from specimens under the uniaxial stress. The results suggest that the creep rupture of this alloy under the testing condition is controlled by cavitation coupled with highly localized deformation process, such as grain boundary sliding. It is also conceivable that strain softening controls the highly localized deformation modes which result in cavitation damage in controlling rupture time of this alloy.     

试样尺寸对钢的细观解理断裂应力的影响

通过三维有限元计算并结合起裂源位置的测量，精确测定一种C-Mn钢不同尺寸(W、B和α)和宽度(B)的四点弯曲(4PB)缺口试样的细观解理断裂应力。发现随试样尺寸和试样宽度的增加，断裂载荷明显变化，但细观解理断裂应力基本不变。不同尺寸和宽度的缺口试样的解理断裂主要由正应力判据控制。稳定的下限细观解理断裂应力值可以用较大尺寸的缺口试样测得，可用于评价钢的断裂韧度和结构安全性。在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入基体，不随试样尺寸和宽度变化。细观解理断裂应力主要由临界裂纹的长度决定。     

铝合金型材融合口材料疲劳极限测定

为了测试口形铝合金型材融合口处材料的疲劳极限,针对型材尺寸、形状和融合口位置的特殊性--不能设计成符合现有规范的标准疲劳试样形状,设计了L形缺口试样及其疲劳试验夹具。通过有限元模拟试验载荷、仿真试样应力分布,应用数值回归的方法求解出最大应力值,确立了试验载荷与L形缺口试样疲劳应力之间的函数关系。利用设计的试样和夹具进行升降法试验,测得了一种口形铝合金型材融合口处材料的疲劳极限,并对试样进行了断口分析。     

拉/扭复合应力下脆性材料断裂的一般准则

根据脆性材料的正应力断裂准则，提出适用于在拉／扭复合应力下无机玻璃(包含陶瓷)等脆性材料的断裂准则，并利用文献中的试验结果对该准则进行了客观的校验。提出的拉／扭复合应力下结构陶瓷材料的断裂准则，既适用于脆性材料的光滑试件，也适用于具有不同应力集中系数的切口试件或结构件。此外．该准则具有简洁的形式，不合任何经验常数；更重要的是，可以根据抗拉和抗剪强度的概率分布，求得拉／扭复合应力下结构陶瓷材料带存活率的断裂准则。     

Measurement of dynamic fracture toughness and failure behavior for explosive mock materials

In this work, a pre-cracked semi-circular shaped explosive simulant was loaded using a split Hopkinson pressure bar (SHPB). A high-speed camera was used to capture the deformation and fracture process of the specimen in situ. The digital images were processed using the digital image correlation (DIC) method. Next, full displacement and strain fields were obtained. The displacement vector field shows that the specimen fractured under tensile stress action. The strain field can be used to predict the crack propagation. Results show that the method of combined DIC and SHPB is effective to study the dynamic deformation and fracture behavior of explosive simulants. In addition, the specimen was loaded using a drop weight. The fracture toughness of the specimen was preliminary measured.     

基于初始不连续状态预测LY12铝合金缺口结构件的疲劳寿命

对LY12铝合金缺口试样进行了疲劳试验,并根据此试验数据建立了计算初始不连续状态(IDS)的力学模型,得到了LY12铝合金的IDS值,用IDS值对含缺口结构件疲劳寿命进行了预测.结果表明:LY12铝合金的IDS值符合三参数威布尔分布;预测的疲劳寿命与试验结果吻合良好,从而为把基于断裂力学中裂纹扩展的损伤容限方法向传统疲劳研究领域延伸提供了依据.     

材料重复冲击损伤模型与数值计算方法研究

基于连续介质损伤力学,将有效应力概念和应变等效假设应用于Johnson-Cook本构模型中,建立了重复冲击载荷作用下材料力学性能退化的损伤模型,以及考虑材料性能退化对冲击应力应变响应影响的数值计算方法。首先,推导了基于损伤耦合J-C本构模型的应力应变数值计算关系式,并在ABAQUS中进行二次开发,采用两种方法实现了考虑损伤影响的应力应变数值计算。进一步,建立了试件在重复冲击下损伤累积的计算方法,并采用所建方法对含缺口三点弯试件的重复冲击损伤进行了数值计算,研究了缺口根部应力应变及损伤度,并对试件整体损伤规律进行了分析。进一步开展了缺口三点弯试件的重复冲击试验,通过计算结果与试验结果的对比验证了建立的数值计算方法的可行性和适用性。与无损伤耦合模型计算结果相比,损伤耦合模型更能合理反映出缺口根部材料的力学性能退化过程以及损伤累积与冲击响应之间的相互影响。     

6061-T6铝合金薄板剪切试件设计及动态剪切力学特性分析

车身结构影响了整车的碰撞安全性,其中车身承载部件在碰撞过程中主要表现为剪切失效,因此需要对车身材料的动态剪切力学特性展开研究。为了描述6061-T6铝合金材料在复杂工况下的力学特性,进行了准静态和动态力学性能试验。基于不同应力状态和应变率下铝合金力学性能的测试数据,标定了材料的本构模型和断裂模型参数,并通过对比试验与仿真结果验证了材料参数的准确性。为了实现拉伸试验机开展铝合金薄板剪切试验,设计四种形状的薄板剪切试件,采用数值模拟对比所设计剪切试件的应力及应变分布,并分析不同剪切应变率对6061-T6铝合金材料剪切力学特性的影响规律。结果表明：圆形开口对称试件适用于研究塑性变形阶段的失效断裂,而圆形开口偏置试件适用于研究弹性变形阶段的应力应变关系。在低剪切应变率范围内,6061-T6铝合金无显著的应变率强化效应,然而随着应变率的增加敏感性有所提高。