应变片位置对动态应力强度因子求解的影响

为了研究应变片法在求解动态应力强度因子过程中随机误差的影响,提高求解精度,本文采用ABAQUS软件对Hopkinson拉杆加载改进的紧凑拉伸(MCTS)试样进行了数值模拟。通过对比应力强度因子渐近解与数值解之间的差异,探讨了应变片粘贴位置对动态应力强度因子求解精度的影响。结果表明,系数矩阵条件数取决于应变片位置。对于某些特定位置系数矩阵条件数可能超过500,此时应变片信号的微小随机误差会引起解的极大变化;而大部分位置系数矩阵条件数小于2,随机误差的影响不显著。此外,渐近解并非完全符合应力波加载下裂尖应变场的分布,在特定方向上2者存在30%左右的相对误差。本文的结论可以为应变片法测试材料动态断裂韧性提供依据与参考。

一种基于SHTB的Ⅱ型动态断裂实验技术

冲击剪切载荷作用下动态断裂韧性的测定是材料力学性能和断裂行为研究中重要组成部分.为了测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,许多学者采用不同的试样与实验方法进行了实验,但限于实验条件,裂纹断裂模式往往是I+Ⅱ复合型,而不是纯Ⅱ型,因而不能准确测得材料的Ⅱ型动态断裂韧性.鉴于此,本文基于分离式霍普金森拉杆(split Hopkinson tension bar,SHTB)实验技术,提出一种改进的紧凑拉伸剪切(modified compact tension shear,MCTS)试样,通过夹具对MCTS试样施加约束,从而保证试样按照纯Ⅱ型模式断裂.采用实验-数值方法对MCTS试样动态加载过程进行分析,将实验测得的波形输入有限元软件ANSYS-LSDYNA,得到了裂纹尖端应力强度因子-时间曲线,并与紧凑拉伸剪切(compact tension shear,CTS)试样进行了对比.同时采用数字图像相关法进行了实验,验证了有限元分析结果.结果表明,MCTS试样在整个加载过程中K_I K_Ⅱ,裂纹没有张开;而CTS试样在同样的加载过程中K_I>K_Ⅱ,出现裂纹张开现象.这说明MCTS试样能够准确地测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,为材料动态力学测试提供了一种有效的实验技术.