16MnR钢韧脆转变解理断裂的研究

摘要

本文通过16MnR压力容器钢分别对裂纹试样和缺口试样在韧脆转变温度下进行三点弯曲试验,仔细观察解理断口和解理断裂起裂点.通过在不同外载荷下卸载后试样的金相观察,仔细观察裂纹尖端的断裂行为.利用有限元软件计算局部解理断裂的临界参数值和裂纹前端的应力,应变,三向应力度.结果表明:对于裂纹试样和缺口试样,在未达到临界载荷之前,裂纹尖端只发生钝化,并且在裂尖附近,在相互分离的不同区域满足了这三个判据,所以形核的裂纹不能扩展,只能钝化.对于缺口试样,铁素体晶粒尺寸对材料的解理断裂起决定性作用,临界事件是:铁素体晶粒尺寸的微裂纹扩展进入相邻的铁素体晶粒中.对于裂纹试样,裂尖前端正应力升高是由于应力强化和应变强化这两个因素决定的.当裂尖出现纤维裂纹后,韧脆转变机理是:由二相粒子决定的解理断裂应力转变成由晶粒尺寸决定的解理断裂应力.同缺口试样具有相同的临界事件.同时本文利用Abaqus有限元软件中的Gyrson-Tvergaard-Needlemen损伤模型,结合试验观察,对缺口试样在考虑损伤后的解理断裂的力学行为进行了分析和讨论,探讨了在考虑损伤后裂纹前端孔洞体积百分数,应力,应变与不考虑损伤的弹塑性应力,应变的差异和形成原因.分析了不同外载荷下孔洞体积百分数,由于孔洞形核引起的孔洞体积百分数,由于孔洞长大引起的孔洞体积百分数之间的关系.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1工程背景

1.2国内外研究现状

1.2.1宏观断裂力学的研究进展

1.2.2解理机理的研究概况

1.2.3基于损伤的断裂力学

1.2.4韧性材料的孔洞损伤

1.2.5损伤力学的发展和展望

1.3本课题主要研究意义和内容

1.3.1研究的意义

1.3.2研究内容

第二章实验和计算方法

2.1实验材料

2.2试样制备

2.2.1标准拉伸试样

2.2.2三点弯曲COD试样

2.2.3缺口试样

2.3宏观力学试验

2.3.1标准拉伸试验

2.3.2三点弯曲COD试验

2.3.3缺口断裂试验

2.4断口及金相观察

2.4.1断口观察

2.4.2系列卸载金相试样观察

2.5有限元计算

2.5.1计算的目的和意义

2.5.2有限单元法的基本原理

2.5.3 ABAQUS简介

2.5.4计算模型和计算方法

2.6细观断裂力学参数的测量

第三章实验结果

3.1拉伸实验结果

3.2 3PB试验结果

3.3断口观察结果

3.4有限元的计算结果

3.4.1计算载荷-位移曲线

3.4.2两种试样的有限元计算结果

3.5细观断裂力学参数的测定

第四章韧-脆转变解理机理的研究

4.1裂纹试样卸载图和断口分析

4.2缺口试样卸载图和断口分析

4.3裂纹试样和缺口试样解理起裂点，纤维带长度，COD韧性值的分布比较

4.4纤维裂纹扩展转变为脆性解理断裂的机理

4.5材料细观参数在缺口试样和裂纹试样中的表现。

4.6缺口试样和裂纹试样对两种不同组元的表现

4.7小结

第五章基于Gurson-Needleman-Tvergaard损伤模型的有限元分析计算

5.1 Gurson-Needleman-Tvergaard损伤模型

5.2 G-T-N模型的数值计算的参数选取

5.3缺口试样的有限元模型分析

5.3.1计算图表中所用的符号说明

5.3.2有限元的计算分析

5.3.3计算结果讨论

5.3.4缺口前端不同载荷比，不同位置应力应变场，孔洞体积百分数的比较

第六章主要结论

参考文献

致谢