42CrMo4钢高温拉伸断裂准则与机理的研究

由于变形温度和应变速率是影响42CrMo4钢高温变形损伤断裂行为的重要因素,因此综合考虑了变形温度和应变速率对材料断裂的影响。基于Cockroft-Latham断裂准则,引入温度补偿应变速率因子Zener-Hollomon参数作为修正系数对Cockroft-Latham断裂准则进行改进。通过Gleeble-3800D热模拟试验机对42CrMo4钢进行了温度为950~1100℃、应变速率为0.01~10 s-1条件下的高温拉伸试验。利用试验结果采用线性拟合确定修正系数,得到改进后的断裂准则,将准则预测结果与试验结构对比验证,二则能很好吻合。利用扫描电镜观察试样拉伸断裂断口的组织形貌。结果表明:42CrMo4钢高温拉伸断裂是典型韧窝型韧性断裂,随着温度的提升,材料塑韧性明显提高;随应变速率的提高,材料塑韧性随之不显著降低。

22MnB5高强钢板热塑性及断裂行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机在变形温度为600~900℃,应变速率为0.1~10 s^(-1)条件下对22MnB5高强钢板进行了热拉伸试验,并通过扫描电镜和超景深光学显微镜观察了其断口形貌及金相组织。结果表明,22MnB5钢的应力-应变曲线表现为动态回复型,变形温度越小、应变速率越大时,22MnB5钢的流变应力越大;断裂机制为微孔聚集型韧性断裂;当变形温度小于900℃、应变速率小于10 s^(-1)时,颈缩、断裂应变和断口韧窝直径随温度和应变速率的增大而增大。试样金相组织在变形温度为800℃、应变速率为1 s^(-1)时再结晶程度比较充分,晶粒明显细化;韧窝越大,再结晶程度越充分,晶粒尺寸越细,临界断裂应变越大,材料热塑性变形能力越强;采用引入Zener-Hollomon参数改进后的Cockroft-Latham准则能较为成功地预测22MnB5高强钢的断裂行为。

高强38CrSi钢力学性能测试及本构关系研究

使用万能材料试验机、霍普金森拉杆(SHTB)和Taylor杆撞击试验研究了淬火加中温回火处理的高强38CrSi钢在常温~700℃的准静态、动态力学性能。基于试验数据,对Johnson-Cook(J-C)本构模型中的温度软化项做了轻微修改。结合Taylor杆撞击试验反算,得到了修改的J-C本构相关参数和Cockroft-Latham(C-L)断裂准则的模型参数。通过对高速下Taylor杆撞击试验中弹体变形和断裂的数值仿真与试验结果的比较,验证了模型及参数对预测高强38CrSi钢动态大变形和断裂的有效性。

含张开/闭合裂隙的巴西圆盘裂纹扩展过程

大量的岩体失稳与节理、裂隙的起裂、扩展和贯通密切相关,裂纹扩展机理及分析方法研究具有重要的科学和工程意义。数值模拟作为一种有效的岩石破裂分析方法备受研究者青睐,但目前的模拟方法在分析压剪闭合等复杂裂隙的力学行为时,还存在诸如扩展路径锯齿化、网格依赖、扩展步长受限等问题。基于此,以巴西圆盘为基本研究对象,开展了不同初始裂隙类型(张开、闭合、填充)、接触摩擦、裂隙倾角等物理力学参数对裂纹扩展特性的影响及破裂机理的研究。首先,基于岩石断裂力学理论和裂纹尖端应力场,运用最大周向应力准则(MTS)研究了张开、闭合等初始裂纹扩展过程,分析了产生锯齿状扩展路径的内在原因,以及传统方法在快速、有效的裂纹扩展路径模拟方面存在的问题。在此基础上,建立了准脆性材料破裂局部化理论的岩体断裂模拟方法,避免了断裂参数计算不准的难题,显著提高了计算的易操作性和精度。此外,通过裂纹尖端区域的局部网格自动重划分,单步的扩展长度并不受网格大小的限制,解决了裂纹扩展的网格依赖问题。最后,通过对裂纹扩展过程力学特性以及起裂角度、扩展路径等分析,获得了整个破裂过程中裂隙面的接触、分离及再闭合等状态以及裂纹扩展的力学机理。该研究提高了岩石破裂过程模拟的效率和准确性,弥补了目前有关压剪应力状态下闭合裂纹扩展研究的不足,实现了破裂路径的精细模拟。