应力状态与断裂应变关系——纯铜材料试验与数值计算分析

摘要

本文对9种不同厚度不同孔径的T2纯铜中心孔板试样和光滑圆棒试样，在MTS试验机上进行系列的单轴拉伸试验，测试材料在应力三轴度接近1/3时以及光滑试样的断裂应变。
　　通过显微观察确定孔板试样和光滑圆棒试样的裂纹萌生位置。对孔板试样做三个时刻的拉伸试验:拉伸至起裂、拉伸至明显裂纹和完全拉断，确定试样的起裂位置与起裂时刻，并通过观察这三个时刻裂纹的情况来归纳出试样裂纹的扩展趋势。试样的断口进行了电镜扫描以观察不同应力状态下的断口形貌。
　　结合数值计算和显微观测（本文试验和文献[12]光滑平板试样、空心缺口圆管试样和实心缺口棒试样的试验观测结果），确定孔板试样的裂纹萌生位置的应力应变分布及该处的应力三轴度数值及断裂应变。在此基础上对材料应力三轴状态与断裂应变的关系开展更进一步的探讨，研究发现:(1)观察到孔板试样均在最小截面与圆孔的交界处附近最先出现裂纹，该处的应力三轴度和断裂应变都较小;(2)对于孔板试样，观测到孔边实际变形很不均匀，按连续介质力学方法估计的孔边断裂应变要明显低于实际值;(3)应力三轴在某一区域时，材料断裂应变随应力三轴度增大而增大，不服从以往基于孔洞模型得到的韧性材料断裂规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出和意义

1．2 国内外研究的现状和历史综述

1．3 本文的主要研究内容

第二章 材料本构关系参数的确定(T2纯铜)

2．1 引言

2．2 实心光滑圆棒试样试验

2．2．1 试验准备

2．2．2 光滑圆棒试验

2．3 确定材料在单轴拉伸荷载下的弹塑性参数

2．4 光滑圆棒试样数值计算分析

2．5 本章小结

第三章 孔板试样单轴拉伸破坏试验

3．1 引言

3．2 孔板试样试验与结果分析

3．2．1 试验的材料及其力学性能

3．2．2 孔板试样几何尺寸

3．2．3 孔板试样的拉伸试验

3．2．4 孔板试样试验结果分析

3．3 本章小结

第四章 试样的起裂与断口分析

4．1 引言

4．2 观察试样起裂点和断口的准备

4．2．1 光滑试样(光滑圆棒和平板试样)的观察准备工作

4．2．2 孔板试样的观察准备工作

4．3 确定试样的起裂点及分析裂纹扩展和断口形貌

4．3．1 光滑试样起裂点的确定以及断口分析

4．3．2 孔板试样起裂点及裂纹扩展趋势的确定及断口分析

4．4 本章小结

第五章 数值计算——试样模型的建立

5．1 引言

5．2 各试样有限元模型的建立

5．3 数值计算与试验结果的比较

5．4 本章小结

第六章 结合试验与数值计算分析应力状态对破坏的影响

6．1 引言

6．2 应力状态以及应力状态参数

6．3 光滑试样和实心缺口棒等试样的模拟分析

6．3．1 光滑试样与缺口棒试样起裂点及起裂时刻的确定

6．3．2 光滑试样与缺口棒试样的应力状态分析(起裂时刻)

6．4 孔板试样数值模拟分析

6．4．1 孔板试样拉伸过程中起裂点应力三轴度的变化

6．4．2 应力状态参数和应变沿着厚度方向、韧带方向的分布

6．5 应力三轴度与材料的断裂应变关系的分析

6．5．1 试样的断裂应变与应力三轴度的获取与分析

6．5．2 孔板试样的分析

6．6 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文工作总结

7．2 全文主要结论总结

7．3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加的科研项目和发表论文