含裂纹Q345钢的拉伸渐进损伤和断裂行为研究
裂纹的扩展问题一直是断裂力学中的一个难点和重点，探究裂纹扩展的原因和扩展的方式是一个热门的课题。本文通过试验和模拟的方法研究了含裂纹Q345钢试件的裂纹扩展和断裂机理，主要研究内容和结论有: 1、对Q345钢不同截面尺寸的平板试件和圆棒试件进行了单轴拉伸试验研究发现不同的截面尺寸对材料的力学性能有一定的影响。随着试件横截面尺寸的增大，屈服应力、断裂应变和延伸率也会增大，弹性模量基本不变。 2、采用预疲劳方法预制了疲劳裂纹，试验研究了含缺口平板试件和对含预制疲劳裂纹试件单轴拉伸性能进行了试验研究，并与含缺口平板试件的拉伸行为进行了对比分析。试验发现无论是经过疲劳预制得到的裂纹试件还是用线切割工艺制作的的缺口试件，只要裂纹的位置和长度相同，那么两类试件的裂纹扩展路径、变形过程和断口形貌基本相似。 3、通过对比各组含缺口试件和含预制裂纹试件的荷载-位移曲线，发现在裂纹长度相同，纵向间距不同的时候，纵向间距的大小对试件的断裂位移影响较大，纵向间距越大，试件的断裂位移也就越大，但纵向间距对试件的屈服载荷和极限承载力影响较小。 4、采用常规拉伸试验方法得到的名义拉伸应变并不能真实反映韧性材料复杂应力状态下的断裂应变。采用预疲劳法在Q345钢三点弯试件上预制了裂纹，试验确定了Q345钢的断裂韧性性能，计算了J积分值。基于不同断裂应变对含缺口平板试件的拉伸行为进行了有限元模拟，采用三条不同的围道曲线计算了J积分值。通过与J积分试验值的比较，确定了Q345钢的断裂应变，为有限元模拟奠定了重要基础。 5、基于ABAQUS有限元分析平台对含裂纹Q345钢试件的拉伸行为进行了数值模拟，对比了不同的塑性和断裂参数对模拟结果的影响。模拟结果表明，计算模型输入的塑性参数不同时，其载荷位移曲线有一定差异，总体上模拟得到的曲线高于试验曲线。 6、考虑裂纹前缘处应力场的不均匀性和多轴应力状态，本文建议了适合于模拟含裂纹试件拉伸性能的材料参数修正方法。采用该修正方法对计算模型输入的材料参数进行了调整，并采用了本文建议的断裂应变，模拟得到含裂纹Q345钢试件的拉伸载荷位移曲线与试验曲线较为一致。
Q345钢;裂纹扩展;断裂机理;拉伸渐进;弹性模量
广西大学
硕士
固体力学
常岩军
2017
中文
TG142.15
101
2017-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）