应力状态对材料破坏影响的试验和数值模拟研究

摘要

本文对15种不同厚度不同孔径的中心纯铝孔板和12种不同厚度不同孔径的紫铜中心孔板两种试样进行了拉伸破坏试验研究。实验记录了各个不同厚度的中心孔板从拉伸到产生变形最后破坏的全过程。分析了随着厚度(应力三维度)的变化，两种材料的断裂应变的变化规律及其主要影响因素。 在实验的基础上，对15种不同厚度不同孔径中心纯铝孔板和12种不同厚度不同孔径的紫铜中心孔板进行了弹塑性大应变有限元的数值计算，模拟了各个试样的加载试验过程，并将所得结果与实验记录进行了比较分析。 结合试验与数值模拟研究应力状态对破坏的影响，通过umat用户子程序对“组合功密度”、“空穴扩张比”、“应力三维度”、“Lode参数”等力学参数进行了计算。比较了不同厚度不同孔径的试样韧带处这些参数的变化。确定了两种判据的数学描述，并进行了比较。 本文的研究证实，以往人们认为的材料断裂应变随应力三轴度升高而降低的结论不一定正确。

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文摘

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声明

第一章绪论

1.1问题的提出及意义

1.2国内外研究的现状和历史综述

1.2.1关于断裂破坏的力学模型和数值模拟

1.2.2对于破坏试验研究现状

1.3本文研究的主要内容

第二章不同厚度和孔径的金属孔板试样的破坏试验

2.1引言

2.2纯铝和纯铜的孔板拉伸试样与试验方法

2.2.1试验材料及材料力学性能

2.2.2试样几何尺寸

2.2.3试验测试、数据和图像记录

2.3.纯铝试样的拉伸破坏试验

2.3.1不同厚度和不同孔径纯铝孔板拉伸破坏试验曲线

2.3.2孔板厚度对中心孔变形的影响

2.4.纯铜试样的拉伸破坏试验

2.4.1不同厚度和不同中心孔径纯铜孔板拉伸破坏试验曲线

2.4.2厚度和孔径对纯铜孔板韧性破坏的影响

2.5简短的讨论与结论

第三章不同厚度和孔径中心圆孔板拉伸试验的数值模拟

3.1引言

3.1.1有限元模型与边界条件

3.1.2边界条件

3.1.3应力应变曲线的确定

3.2纯铝数值结果与实验结果的比较

3.2.1纯铝载荷位移曲线实验和数值的比较

3.2.2纯铝不同厚度相同孔径试样的单位面积载荷位移曲线比较

3.2.3纯铝不同厚度相同孔径试样中心孔长短轴比随伸长量的变化

3.3纯铜数值结果与实验结果的比较

3.3.1纯铜载荷位移曲线实验和数值的比较

3.3.2不同厚度相同孔径试样的单位面积载荷位移曲线的数值结果比较

3.3.3不同厚度不同孔径长短轴比随伸长量的变化

3.4小结

第四章结合试验与数值模拟研究应力状态对破坏的影响

4.1引言

4.2应力状态及应力状态参数

4.3几种破坏判据

4.4试样破坏起始的确定

4.5不同破坏判据对试样破坏的描述及比较

4.5.1不同应力状态参数及破坏判据的比较

4.5.2孔板拉伸条件下应力三维度对断裂应变影响的反常性

4.6小结

第五章全文总结

参考文献

致谢

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