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基于局部法示波冲击与三点弯曲断裂韧性相互预测

张国尚  
【摘要】:基于“合于使用”(Fitness for Purpose)原则,对焊接结构的断裂行为进行预测和评定是国内外工程界广泛关注的课题,它具有巨大的理论意义和实用价值。目前的缺陷评定准则都是以J积分临界值JIC或临界裂纹尖端张开位移CTOD值δC作为断裂控制参量(当考虑由于材料塑性损伤造成的延性裂纹扩展时,以JR或δR阻力曲线作为断裂控制参量),将断裂驱动力与断裂抗力进行比较来判定结构是否发生破坏。但是近年来研究表明JIC或δC并不像材料的屈服点那样为材料的常数,它受试样的板厚、裂纹深度等因素的影响。对于采用传统断裂力学方法描述由于材料塑性损伤带来的延性裂纹扩展行为的JR或δR阻力曲线受试样形式影响更为严重。这表明目前以传统断裂参量为基础的含缺陷结构断裂评定与预测方法已不能对结构的安全进行科学预测。因此采用何种断裂参量能够将试样与实际结构的断裂行为统一起来,已成为当前弹塑性断裂理论研究的热点问题。目前国际上有两种方法从不同角度对该问题进行研究。一种是用T应力或Q参量来定量描述裂纹尖端应力及变形场的J-T和J-Q双参量理论。另一种是局部法。 材料的COD、示波冲击试验等是常用的断裂韧性测试,不同的断裂力学参量如J积分、δC等存在一定关系,在一定条件下可以进行互换。根据局部法若能从一种实验结果预测另一种实验结果,具有重大的理论和现实意义。本研究采用X65管线钢为试验材料,对其进行了单轴拉伸、夏比冲击、示波冲击及COD试验,并对实验数据进行统计处理,证明-78?C时其断裂参量特征值裂纹尖端张开位移符合三参数威布尔分布,并对材料力学性能进行分析;编制了自动求解局部断裂参量的程序以及COD与示波冲击间的相互预测程序,并用实验验证了其正确性,得出材料的局部断裂参量;对有限元计算结果与试验结果进行了比较,验证了有限元分析的正确性,并用有限元分析了三点弯曲试件裂纹尖端应力场。结果表明在不发生延性裂纹扩展时基于局部法能够实现示波冲击试验和三点弯曲试验间相互预测。


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