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金属材料缺口拉伸试样的损伤和断裂行为

蒲吉斌  
【摘要】:本文对四种材料不同缺口根半径的圆棒试样进行了拉伸断裂和系列卸载实验,通过宏观力学性能参数的测定,断口和卸载金相观察和参数测量,并结合不同缺口根半径试样缺口前的应力、应变分布的有限元(FEM)计算,对四种材料缺口拉伸时的宏观力学性能和细观损伤断裂机理进行了研究。得到了下列主要结果: 1.四种材料不同缺口根半径拉伸试样应力应变分布的有限元计算结果表明:缺口前端的正应力σ_(yy)/σ_y,三向应力度σ_m/(?)和等效塑性应变ε_p,随外加载荷P/P_(gy)的增加而增加。材料在整体屈服之前(P/P_(gy)1)和整体屈服之后(P/P_(gy)1)的应力应变分布及其随P/P_(gy)的变化规律不同。随缺口根半径的减小,缺口前的正应力σ_(yy)/σ_y,三向应力度σ_m/(?)和等效塑性应变ε_p增加。较大缺口根半径(R≥2mm)和较小缺口根半径(R2mm)时,试样中的应力应变分布规律不同。 2.随缺口根半径R的减小,反映材料强度的表观力学参量增加。对四种材料强度不同的本质原因从材料化学成分和显微组织的角度进行了解释。 3.对四种材料的延性损伤断裂机理进行了研究。发现不同成分和组织的金属材料其损伤和断裂的机理不同,导致其不同的强度,塑性和韧性。Rice和Tracey及Gurson等细观损伤模型由于其自身存在的问题及局限性,不一定都能精确地描述和用于模拟这些材料的力学性能。 4.随试样缺口根半径的减小,其前端的应力应变场强度增加,将促使微孔形核,长大和聚合的速率加快,使材料塑性和韧性降低。 5.测定了四种材料的细观延性起裂曲线,表明材料的延性起裂应变依赖于三向应力度,随三向应力度的增加,起裂应变下降。 6.孔洞附近的局部应力—应变分布及损伤演化的细观力学分析表明:孔洞周围存在局部的等效塑性应变ε_p,Miss应力和正应力S_(22)的集中。这促使了一次大孔洞的长大及一次大孔洞之间二次微孔的形核和长大。大孔洞之间存在应变局部化(高的ε_p应


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