试样厚度以及加载方式对裂纹尖端拘束的影响

摘要

试样的厚度以及加载方式将改变裂纹尖端的拘束，并影响试样的断裂韧性。本文使用海洋平台用E36钢，设计了三种厚度的CTOD试样，并按照BS7448 I标准进行试验，获得了不同温度下的断裂韧性值。通过对这些断裂韧性特征值的拟合分析，发现E36钢具有明显的韧脆转变特征，使用Boltzmann函数对其韧脆转变曲线进行拟合，发现Boltzmann函数与韧脆转变曲线具有良好的相关性，且其参数值都具有各自的物理意义，建议使用Boltzmann函数对韧脆转变曲线进行拟合。通过比较三种厚度试样获得的韧脆转变曲线，可以得到随着厚度的增加，试样的韧脆转变温度区间右移。试样厚度只改变曲线的位置，基本上不改变其形状。通过主曲线法对Boltzmann拟合的曲线进行验证，发现两种方法得到的特征温度差小于10℃，因此，认为可以使用 Boltzmann函数拟合出的韧脆转变曲线具有有效性。
　　为了研究试样厚度变化时裂纹尖端拘束与断裂韧性之间的关系，文中通过ABAQUS有限元模拟对不同厚度试样进行模拟计算，得到各试样裂纹尖端应力场，并分析裂纹尖端的拘束参数Tz以及应力三轴度h。通过比较发现，随着试样厚度的增加，Tz变化与试样韧脆转变温度区间的变化相一致，而h与试验结果不一致。因此，我们得到结论，可以使用面外拘束参数 Tz来表征试样厚度对韧脆转变温度的影响。
　　此外，本文还对CT、SENB和SENT三种不同加载方式下的试样进行有限元分析，获得了其面内拘束参数Q以及A2。模拟结果表明，加载方式的不同将会改变试样裂纹尖端的面外拘束大小，三种加载方式中，CT试样的面内拘束最大，SENT试样的面内拘束最小,并且面内拘束参数A2在裂纹尖端区域保持恒定，能够定量的表征裂纹尖端面内拘束的大小。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 断裂韧性的尺寸效应

1.3 拘束断裂理论与研究现状

1.4 本课题研究内容

第2章 试样厚度对E36钢韧脆转变区间的影响

2.1 断裂韧性试验

2.2 CTOD试验结果分析

2.3 主曲线法判定T0有效性

2.4本章小结

第3章 厚度对试样裂纹尖端拘束影响的有限元分析

3.1有限元分析模型

3.2 裂纹尖端场

3.3弹塑性裂纹尖端拘束参数分布

3.4本章小结

第4章 加载方式对试样裂纹尖端拘束的有限元分析

4.1有限元计算模型

4.2 裂纹尖端应力场

4.3定量研究不同加载方式下试样裂纹尖端拘束

4.4本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢