韧性材料缺口试样拉剪破坏研究——试验与数值模拟分析

摘要

本文以韧性材料T2铜为研究对象，针对不同缺口半径的实心圆棒试样和平板剪切试样进行加载试验，以及对不同缺口的空心圆棒试样进行扭转加载试验。试验记录了各种试样从开始加载到产生变形及最后破坏的整个过程。并把部份试样加载到指定的荷载值后停止加载，然后把这部分试样用线切割沿纵向对称面切开，通过研磨抛光机处理以达到所需要的光滑度，进而在超景深三维显微系统下观察试样裂纹的起裂位置和裂纹的扩展趋势，此结果为研究工程材料在复杂应力条件下的破坏提供依据，并为数值分析提供基础。
　　对单轴拉伸、剪切试验和扭转试验的数据进行处理，再用有限元软件ABAQUS/Standard对试验进行了数值模拟计算，分析各种试样韧带截面上的应力分布情况。将模拟结果与试验结果进行了比较，在此基础上探讨试样起裂点区域材料的应力三轴度、Lode参数与等效应变对材料破坏的影响。
　　本文研究发现:(1)对于不同缺口半径的圆截面试样，随着缺口半径的减小，试样的起裂点从试件韧带的中心过渡到试件韧带的边缘，起裂位置主要是由于应力三轴度的影响，随着缺口半径的减小，应力三轴度升高，断裂应变降低。(2)综合本文设计的所有试样，得出了不同试件韧带截面的的应力三轴度、Lode参数以及对应的断裂应变对试件破坏的影响规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出以及意义

1．2 韧性材料的断裂研究

1．2．1 微孔聚集型断裂

1．2．2 剪切型断裂

1．3 韧性破坏问题的国内外研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第二章 拉伸试验和扭转试验分析

2．1 引言

2．2 试验准备

2．2．1 试样材料和力学性能

2．2．2 试样的几何形式尺寸

2．2．3 试验设备与加载过程

2．3 拉伸试验

2．3．1 平板光滑试件和实心圆棒试件

2．3．2 平板剪切试件

2．3．3 实心圆棒缺口试件

2．4 扭转试验

2．4．1 空心圆棒光滑试件

2．4．1 空心圆棒缺口试件

2．5 本章小结

第三章 试样的断裂分析

3．1 引言

3．2 韧性断裂断口特征

3．2．1 韧性断裂

3．2．2 韧性断口的特征

3．3 试验试件的裂纹和断口分析

3．3．1 观察裂纹和断口的准备

3．3．2 实心试样的裂纹与断口分析

3．3．3 平板剪切试样的裂纹和断口分析

3．3．4 空心圆棒缺口试样的裂纹和断口分析

3．4 本章小结

第四章 拉伸和扭转试验的数值模拟分析

4．1 引言

4．2 数值模拟所需的弹塑性材料数据

4．2．1 材料在单轴拉伸载荷下的弹塑性参数

4．2．2 材料在扭转载荷下的弹塑性参数

4．3 有限元模型的建立

4．3．1 计算模型和划分网格

4．3．2 加载方式及边界条件

4．4 数值模拟计算结果与试验结果对比分析

4．4．1 实心圆棒缺口试样的模拟与试验结果对比分析

4．4．2 平板剪切试样的模拟与试验结果对比分析

4．4．3 空心圆棒缺口试样的模拟与试验结果对比分析

4．5 本章小结

第五章 应力状态对韧性材料破坏的影响

5．1 引言

5．2 应力状态参数

5．3 试样的应力状态分析

5．3．1 实心圆棒试样的应力状态分析

5．3．2 平板剪切试样的应力状态分析

5．3．3 空心圆棒试样的应力状态分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文主要工作

6．2 本文主要结论

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表的论文