缺口类型对三点弯曲试样动态断裂韧性影响研究

论文摘要

金属材料中含有的缺陷主要分为裂纹和缺口两类,其中V型缺口和U型缺口是缺口的两种主要类型。本文基于分离式霍普金森压杆对2A12-T4铝合金预制裂纹三点弯曲试样的动态断裂韧性进行了仿真计算,研究了不同缺口类型对三点弯曲试样动态断裂韧性的影响规律,模拟了Q345钢三点弯曲试样在不同加载速率下进行动态加载的断裂过程,分析了裂纹与缺口在不同加载速率下的起裂时间和J积分的变化规律。本文主要内容包括:（1）对2A12-T4铝合金预制裂纹三点弯曲试样进行基于分离式霍普金森压杆的动态断裂仿真,试样尺寸参考GB/T21143-2007国标进行设计。计算得到试样的动态断裂韧性,与其他论文中的实验进行对比,验证了仿真的可靠性。（2）对2A12-T4铝合金V型缺口和U型缺口三点弯曲试样的缺口尖端动态J积分进行了仿真计算,研究了当缺口张开角度和曲率半径变化时J积分的变化规律,并与预制裂纹三点弯曲试样的动态断裂韧性值进行比较,分析当缺口类型不同时对材料动态断裂韧性的影响规律。（3）对Q345钢预制裂纹三点弯曲试样、V型缺口三点弯曲试样、U型缺口三点弯曲试样进行了在加载速率2.5～12.5m/s范围内的动态断裂仿真,试样尺寸参考GB/T21143-2007国标进行设计,得到三种试样起裂时间和动态J积分随加载速率的变化规律并进行比较,发现加载速率敏感性由高到低为U型缺口试样、V型缺口试样、预制裂纹试样。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 背景及意义
•   1.2 断裂力学发展简述
•   1.3 断裂力学研究现状
•     1.3.1 动态断裂力学研究现状
•     1.3.2 缺口断裂研究现状
•   1.4 霍普金森杆实验技术发展
•   1.5 本文研究内容
• 第2章 基本理论
•   2.1 J积分基本理论
•     2.1.1 J积分定义
•     2.1.2 J积分与K的关系
•     2.1.3 J积分与COD的关系
•     2.1.4 J积分准则
•   2.2 动态断裂韧性测定方法
•     2.2.1 分析法
•     2.2.2 实验-数值法
•     2.2.3 应变片法
•     2.2.4 光学法
•   2.3 基于霍普金森杆的应力波传播理论
•     2.3.1 弹性波控制方程
•     2.3.2 弹性杆的撞击
•     2.3.3 物质界面中弹性波的反射与透射
•   2.4 本章小结
• 第3章 2A12-T4铝合金预制裂纹试样动态断裂韧性计算
•   3.1 预制裂纹试样有限元仿真
•     3.1.1 有限元模型的建立
•     3.1.2 材料参数设置
•     3.1.3 分析步设置
•     3.1.4 载荷设置
•     3.1.5 相互作用设置
•     3.1.6 有限元网格的划分
•   3.2 仿真结果分析
•     3.2.1 杆系应力波传播
•     3.2.2 断裂韧性计算
•   3.3 仿真结果与实验结果比较
•   3.4 本章小结
• 第4章 2A12-T4铝合金缺口试样动态断裂研究
•   4.1 缺口试样有限元仿真
•     4.1.1 有限元模型的建立
•     4.1.2 材料参数及分析步的设置
•     4.1.3 载荷和相互作用的施加
•     4.1.4 有限元网格的划分
•   4.2 V型缺口仿真结果分析
•     4.2.1 缺口尖端J积分计算
•     4.2.2 缺口尖端J积分随张开角度的变化规律
•   4.3 U型缺口试样仿真结果分析
•     4.3.1 缺口尖端J积分计算
•     4.3.2 缺口尖端J积分随曲率半径的变化规律
•   4.4 本章小结
• 第5章 加载速率对Q345钢不同类型试样J积分影响规律
•   5.1 Q345钢动态断裂韧性验证
•     5.1.1 Q345钢材料参数
•     5.1.2 动态断裂韧性计算
•     5.1.3 仿真结果与实验结果比较
•   5.2 预制裂纹试样仿真结果分析
•     5.2.1 不同加载速率对起裂时间的影响
•     5.2.2 不同加载速率对动态断裂韧性的影响
•   5.3 V型缺口试样仿真结果分析
•     5.3.1 不同加载速率对起裂时间的影响
•     5.3.2 不同加载速率对缺口尖端J积分的影响
•   5.4 U型缺口试样仿真结果分析
•     5.4.1 不同加载速率对起裂时间的影响
•     5.4.2 不同加载速率对缺口尖端J积分的影响
•   5.5 预制裂纹试样和缺口试样结果比较
•     5.5.1 预制裂纹试样和缺口试样起裂时间比较
•     5.5.2 预制裂纹试样和缺口试样起裂时刻J积分比较
•   5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 戴冰

导师: 邹广平

关键词: 三点弯曲试样,动态断裂韧性,缺口类型,数值仿真

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,金属学及金属工艺

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: O346.1;TG115.5

总页数: 75

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