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《兰州理工大学》 2005年
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初始损伤对金属材料缺口韧性的影响及机理

王红  
【摘要】:本文对一种低合金钢和一种铝合金的缺口试样进行了不同预加载荷的四点弯曲正反弯实验,引入了不同的微孔洞损伤量,并消除了缺口根半径的影响,而后通过高温回火处理消除了残余应力和加工硬化,分离出了损伤因素。随后在-196℃下进行弯曲断裂实验和在常温下进行弯曲卸载实验。通过力学参数测量,断口观察和有限元计算与细观模拟对初始损伤对低温解理断裂韧性和延性起裂韧性的影响规律及机理进行了研究。得到了下列主要结果: (1)在-196℃下,对CF钢缺口试样,当预载荷比P_0/P_(gy)≤1.05,即预载荷很小时,试样中几乎没有预损伤,表征低温缺口韧性的参数P_f,W_f,和P_f/P_(gy)和解理断裂应力σ_f基本不随P_0/P_(gy)变化;当P_0/P_(gy)1.05后,随着预载荷(预损伤量)的进一步增加,缺口韧性和σ_f迅速降低。 (2)在-196℃下,缺口韧性随初始损伤量的增加而降低的原因是预载荷时引入的损伤,即已形核和正在长大的微孔,尤其是长条形的大缺陷,在随后的低温加载时,使在孔洞前端或旁边产生较高的局部应力—应变集中,弥补了外场正应力σ_(yy)的不足,从而使解理发生在较低的P_r下,测量的外场σ_(yy)=σ_f的值也下降。 (3)在常温下,对CF钢试样,当P_0/P_(gy)1.05时,延性开裂载荷P_i基本不变;当1.05P_0/P_(gy)1.47时,随P_0/P_(gy)的增加,即初始损伤量增加,P_i下降,且下降速度加快,说明损伤也使材料的延性起裂韧性下降。对LD31铝合金试样,P_i随P_0/P_(gy)变化的曲线形态与CF钢相似,但在P_0/P_(gy)=1.0时,韧性即开始下降,在P_0/P_(gy)=1.0~1.25内,下降逐渐变快,其Pi也比CF钢低。 (4)随P_0/P_(gy)的增加,试样中引入的初始损伤量增加,微孔尺寸变大,后续加载时,初始孔洞继续长大,且速率加快,并与其它初始孔洞及缺口根部过早汇合,导致早期开裂,故P_i下降。同时,后续加载时,又有新的孔洞形核、长大,并与原孔洞交互作用,使总体损伤率加快,从而使材料韧性下降。 (5)含初始孔洞材料的损伤演化的FEM模拟表明:三向应力σ_m/σ_e和等效塑性应变ε_p促使孔洞长大。初始大尺寸孔洞长大的快一些;处于某些特定位置的孔洞(与最大正应力S22呈45°连线上的孔洞)长大快一些。个别大孔洞之间存在应变局部化(高的ε_p应变),这是促使大孔洞聚合的原因。σ_m/σ_e的增加,使微孔长大速率加快,损伤率加快,从而使材料延性起裂韧性降低。同一σ_m/σ_e时,不同的应力状态(S_(11),S_(22),S_(33))对微孔的损伤演化也有影响。孔洞不均匀分布时的损伤发展速率明显快于均匀分布的情形。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG115

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【引证文献】
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1 马进;初始损伤对不同钢组织缺口试样解理断裂行为的影响[D];兰州理工大学;2006年
2 杨伟顺;初始损伤对不同金属材料组织延性起裂韧性的影响及机理[D];兰州理工大学;2006年
3 陈耀坤;应力状态对金属材料损伤演化和断裂的影响[D];兰州理工大学;2007年
4 张贺全;初始损伤对后续损伤演化和断裂的影响及机理[D];兰州理工大学;2007年
5 刘中炜;初始损伤对Mode I/II混合加载下材料断裂行为的影响[D];兰州理工大学;2007年
【参考文献】
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【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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