弹塑性动态断裂若干问题的理论和实验研究

摘要

本文通过ABAQUS对采用大直径周边切口试件(外径大于输入和输出杆直径)时的试验系统进行了动力学有限元分析，提出了一个改进的采用大直径周边切口试件进行材料动态断裂试验和弹塑性材料动态断裂韧度J表征的方法。依据此方法，本文对名义外径相同而名义裂纹长度不同的大直径周边切口LY12CZ短圆柱试件进行了动态断裂试验。 本文推导了深裂纹条件下周边切口短圆柱试件在瞬态加载下的裂纹扩展时的修正的远场JdM积分计算公式，并依据起裂止裂试验的P-δ曲线以及依据标定曲线法得到的δ-△α和α(t)曲线，获得了裂纹扩展阻力曲线JdM-R。本文以实测的载荷P作为力边界条件，以实测的δ-△α作为裂纹运动边界条件，将周边切口试件简化为平面轴对称的有限元模型，采用ADINA程序进行了裂纹扩展有限元分析。本文还依据现有文献的试验结果对双边切口薄板LY12CZ小试件进行了类似的有限元分析，得到了相同的结论。 本文还采用ADINA程序近似计算了运动裂纹的围道Jd积分，对动态断裂试件进行了扫描电镜断口分析及对周边切口试件动态断裂时与周边裂纹的等效性进行了研究，均得到了一些有意义的结果。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章绪论

1.1引言

1.2弹塑性动态断裂表征参量的理论研究现状

1.2.1起裂韧度的表征与裂纹扩展准则

1.2.2裂纹扩展阻力与止裂

1.3弹塑性动态断裂试验技术现状

1.3.1实验装置和测试技术

1.3.2裂纹起裂点与扩展轨迹的确定

1.4弹塑性动态断裂数值分析方法

1.4.1稳定裂纹的有限元分析

1.4.2裂纹扩展的有限元分析

1.5本文主要工作

第2章试验系统的动力学有限元分析

2.1引言

2.2试验方法

2.2.1旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置和测试原理

2.2.2试件的形状与联接

2.3轴对称情况下的动态围道Jd积分与远场Jdf，积分

2.4试验系统的有限元模型

2.5有限元结果分析

2.5.1试件端面的应力和位移场

2.5.2Jd积分

2.6本章小结

第3章弹塑性材料动态起裂韧度和裂纹扩展JdM阻力曲线

3.1引言

3.2试验方法

3.2.1试件形状与联接

3.2.2试验原理

3.3裂纹扩展轨迹的确定

3.4弹塑性材料动态断裂起裂韧度的表征与测试

3.4.1起裂韧度的表征

3.4.2裂纹起裂及失稳点的确定

3.4.3起裂韧度测试结果

3.5弹塑性材料动态裂纹扩展控制参量的JdM表征

3.6试件周边切口与裂纹的等效性分析

3.6.1疲劳裂纹预制方法

3.6.2准静态实验结果及分析

3.7试件断口分析

3.8本章小结

第4章裂纹扩展动态有限元分析

4.1引言

4.2动态能量释放率Gd与动态Jd积分的计算

4.3节点移动技术与网格局部重划分

4.4周边切口短圆柱试件裂纹扩展有限元分析

4.4.1有限元模型

4.4.2边界条件与材料本构模型

4.4.3运动边界条件

4.4.4计算结果与分析

4.5双边切口薄板小试件裂纹扩展有限元分析

4.5.1有限元模型

4.5.2边界条件与材料本构模型

4.5.3运动边界条件

4.5.4计算结果与分析

4.6本章小结

第5章总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献