基于延性断裂准则的板料破裂极限三维有限元预测方法研究

为了准确预测各向异性板料成形过程中的成形极限问题,提出了一个三维有限元模型结合延性断裂准则的方法。采用Barlat屈服准则描述各向异性,体单元模型描述板料。模具与板料的接触摩擦采用一个修正的库仑摩擦模型。研究发现采用四种不同的延性断裂准则计算得到的断裂积分值可以准确预测成形极限。

金属延性断裂准则精度的评价

为考察实际使用中10种断裂准则的精度,以2A12-T4铝合金为材料,进行5种不同应力状态的拉伸断裂试验,并在ABAQUS中计算其相应的有限元模型。当试验值与有限元结果足够接近时,提取有限元计算结果以研究各种准则的表现。结果显示,对于应力状态简单的试验,大多数准则均表现较好;对于应力状态稍复杂的试验,多参数断裂准则总体上优于单参数准则,其中以Norris准则、Wilkins准则表现最为优异。

平面状态下EWK延性断裂准则与K准则对比研究

为研究EWK延性断裂准则对金属起裂及扩展的预测能力,将EWK断裂算法嵌入ABAQUS主程序。针对金属I型裂纹,在平面应变条件下,通过试验与有限元计算相互对比的方法,研究了该准则与应力强度因子K准则对紧凑拉伸CT试样起裂的预测结果,发现两者有近似等效性。在平面应力条件下,以紧凑拉伸CS试样为模型,通过有限元计算,提取由EWK控制断裂的结构KR-曲线,将该曲线与试验资料对比,发现两者吻合良好。

金属延性断裂过程仿真与损伤破坏准则应用

在均质材料损伤破坏准则的理论应用研究基础上,对典型金属构件的非线性载荷—位移响应及其延性断裂过程进行数值仿真研究,发现常规工程数值计算中应用材料应力应变的单一曲线假设模拟构件非线性响应存在较大误差。为提高数值模拟精度,提出复杂应力状态下材料屈服以及非线性应力—应变曲线的理论修正项及其表达式。应用Wilkins延性损伤断裂准则,在Abaqus系统实现算法软件编程的基础上,对不同圆弧缺口及两类带孔板铝合金构件的延性断裂过程进行非线性有限元数值仿真,获得与试验结果吻合良好的应用结论。

基于延性准则的DP800小圆角拉弯成形开裂判据

针对传统FLC无法准确预测超高强度双相钢薄板在较小凸模圆角下拉弯成形时的剪切开裂问题,采用基于延性准则的成形判据计算其应力-应变失效积分因子,结果表明,使用Brozzo和Oyane延性准则计算的失效积分因子在凸模圆角处超过失效单位值,与试验相符,说明Brozzo、Oyan延性准则能够实现小圆角半径下双相钢板材在拉弯成形中的开裂预测。

考虑点蚀损伤的锈蚀钢板延性退化

为研究点蚀损伤钢板延性退化机理,采用三维形貌测量技术测得不同锈蚀程度钢板表面点蚀坑几何参数,并通过单调拉伸试验和有限元数值分析研究了点蚀损伤对钢板延性的影响.此外,根据应力三轴度与点蚀坑深度、间距及深径比间的关系,提出了与点蚀坑几何尺寸相关的点蚀损伤钢板等效延性断裂准则.结果表明:表面点蚀坑深度及深径比均随钢板锈蚀程度的增加而线性增长;点蚀坑几何尺寸的增长显著改变了钢板内部应力三轴度的大小和分布,降低了等效塑性断裂应变,加快了颈缩阶段钢板内部裂纹的萌生和扩展,从而导致锈蚀钢板极限伸长率逐渐退化;采用等效延性断裂准则能准确地模拟点蚀损伤导致的钢板延性退化现象.

超高韧性水泥基复合材料延性断裂性能评价准则的试验研究

该文研究了超高韧性水泥基复合材料的断裂性能评价准则。对纤维体积掺量为1.5%、2.0%与2.5%的超高韧性水泥基复合材料试件进行了弯曲断裂试验,基于非线性断裂力学,应用双J参数评价其断裂性能,并分析了其JR阻力曲线。结果表明,该材料的弯曲断裂表现出延性特征。应用双J参数评价该材料的断裂性能,当流入裂缝塑性区的能量大于起裂断裂能JIC时,裂缝出现;随后,裂缝稳定扩展;当流入塑性区能量大于失效断裂能JIF时,局部裂缝出现,材料进入失稳发展阶段。该材料的JR阻力曲线存在三阶段线性关系,分别以宏观裂缝出现点与主裂缝局部化点为分界点。在UHTCC的变形稳态发展阶段,相同面积的裂纹发展量消耗的能量相同。

三辊行星轧制含铋奥氏体不锈钢棒材的工艺参数优化

为解决含铋(Bi)奥氏体不锈钢棒材在三辊行星轧制中的芯部开裂问题,本文采用Brozzo延性断裂准则和有限元模拟方法,确定了三辊行星轧制含Bi不锈钢棒材的断裂阈值,采用5因素、4水平正交实验对材料延性断裂行为的影响因素进行极差分析,获得了一组最佳轧制工艺参数,即:加热温度1200℃、摩擦系数0.4、轧辊轴线与轧件轴线偏转角度6°、轧辊与轧件倾斜角54°、轧辊转速60 r/min,利用优化参数进行现场轧制,结果显示,所得含Bi奥氏体不锈钢轧件芯部无明显裂纹。

大型水轮机主轴锻造过程裂纹缺陷的预防

针对大型水轮机主轴内法兰锻件锻造过程的裂纹缺陷,采用热力学实验方法,研究了其主要用钢20SiMn的高温力学性能。结果表明,提高变形温度和降低变形速率有利于避免该材料内部裂纹萌生。根据Cockcroft&Latham延性断裂准则,计算得到了20SiMn钢的延性断裂破坏因子为30.0。利用Deform 3D软件,对大型水轮机主轴内法兰锻造过程进行了数值模拟,预测了该类锻件在空心镦粗过程中裂纹产生的趋势和区域,并提出将单砧压下量控制在8%以内和将镦粗变形量控制在45%的局部空心镦粗优化锻造工艺方案。