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《兰州理工大学》 2011年
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金属薄板断裂模式及常、低温断裂试验研究

纪海涛  
【摘要】:金属材料的断裂是力学家与材料学家为之奋斗了近一个世纪的跨学科命题。结构脆性破坏后果是灾难性的,任何工程均无一例外的要求避免脆性断裂。铝合金因诸多优点开始越来越广泛的应用于建筑结构之中。为避免铝合金和结构钢脆断造成的人员伤亡和财产损失,探求金属板在低应力三维度下的抗断设防具有重要的理论意义和工程价值。 为研究低应力三维度下铝合金和结构钢薄板的断裂机理和抗断设防,分别对铝合金、Q235、Q345开孔薄板和缺口薄板进行常、低温断裂试验和数值模拟分析。常温试件包括17个3mm厚铝合金开孔板、10个4mm厚Q235开孔板、10个8mm厚Q345开孔板。低温试件包括18个3mm厚铝合金缺口板、10个4mm厚Q235缺口板、10个8mm厚Q345缺口板。试验显示:初始宏观裂纹起始于受三轴强约束的缺口心部,沿厚度贯通后迅速向垂直于加载方向开展,最终断裂于试件薄弱截面处。试件缺口愈尖锐,试件断裂延性愈差。断裂荷载主要取决于试件的净截面面积,与缺口尖锐程度关联度较小。低温标准件拉伸屈服强度和极限强度较常温标准件略高,伸长率减小,表现出低温脆性。 开孔板和缺口板常、低温断裂试验进行的数值模拟分析结果显示:初始裂纹起始于受三轴强约束的缺口边缘内侧,缺口愈尖锐,应力三维度愈高,断裂延性愈低。运用椭球面断裂准则、第一主应力断裂准则、Hancock等效应变断裂准则和Wierzbicki等效应变断裂准则进行对比,结果表明,上述断裂准则对预测裂纹初始位置均具有相当的精度,但Hancock等效应变断裂准则和Wierzbicki等效应变断裂准则缺乏断裂时等效应变临界值,椭球面断裂准则和第一主应力断裂准则给出了断裂临界值,故可用于起裂判断。第一主应力断裂准则可用于预测延性材料在应力三轴空间中微裂纹的形成及断裂。椭球面断裂准则具有较高的精度。 金属材料的断裂问题一直是倍受关注的研究难点,至今已有大量准则和模型但并没有一种破坏准则被人们完全接受,这给工程应用带来极大的不便,有必要对金属材料在不同应力三维度下的断裂特征和破坏准则进行研究。 应力状态显著影响着材料的破坏形式,断裂等效塑性应变是衡量断裂延性的一个重要参数。基于铝合金低温断裂试验,提取初始断裂点的等效塑性应变和应力三维度,运用最小二乘法拟合出低应力三维度下金属板的等效塑性应变断裂模型,对铝合金缺口板的断裂分析显示建议的公式对预测裂纹初始位置具有较高的精度,对于理论研究和工程设计具有一定的参考价值。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG115.57

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【参考文献】
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