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轻薄型金属复合断裂研究

邵永平  
【摘要】:随着我国经济社会持续发展和人们对更高生活水平的追求,电器设备与汽车等交通工具正迎来更新换代的高峰期。这些设备含有大量的轻薄型金属材料,主要通过破碎回收利用。因此有针对性的展开对轻薄型金属材料的破碎回收机理和利用研究,有着重要的科研与现实意义。本文从破坏力学中断裂力学的角度出发,通过实验以及数字图像相关技术,研究轻薄型金属材料的单一断裂模式和复合断裂模式之间的联系,探讨Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅰ/Ⅱ型、Ⅰ/Ⅲ复合型裂纹对轻薄型金属材料断裂的影响及贡献规律,寻找影响轻薄型金属材料断裂的敏感因素,尝试用裂纹稳态扩展时临界CTOA作为一种新的断裂参数来描述材料的断裂韧性,从而为建立轻薄型金属破碎理论体系打下有益的基础。 本文的主要研究工作和成果包括: (1)设计完成了一款多用途角度可调复合断裂试验装置。此实验装置是一种全新的发明,能在普通的材料试验机上应用同一种试验装置和同一种试件实现Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅰ/Ⅱ复合型以及Ⅰ/Ⅲ复合型裂纹断裂实验,并且在试验复合型裂纹时,可以实现从0。至90。之间任意角度的变化。 (2)针对报废ATM自动取款机的防护钢板,运用自主发明的多用途角度可调复合断裂试验装置成功完成了相关实验,采集了有关数据并进行了相关断裂性能的比较研究。 (3)采用数字图像相关技术,进行裂纹稳定扩展位移测量,定量分析了实验材料裂纹稳定扩展的断裂性能及临界CTOA。得出了P-Δa,CTOA-Δa曲线并进行分析,结果表明:此类轻薄型金属塑性变形很大,不易破碎。在所有完成的不同类型的断裂试验中,Ⅰ型裂纹所能承受的载荷最大,Ⅲ型裂纹承受的载荷最小说明Ⅲ型加载方式最有利于本实验材料的破坏。Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹稳定扩展的临界CTOA较大,且为一恒定值,可作为此类材料的断裂韧性。 (4)在Ⅰ/Ⅱ复合型断裂实验中,针对裂纹的启裂点不通过裂纹尖端的现象从裂纹尖端应力三维度和主应力角度做了探讨。指出裂纹开裂沿着裂纹尖端前沿应力三维度最大的方向,除纯Ⅰ型外,其余不经过裂纹尖端点。


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