基于MMC模型的Q460C高强结构钢延性断裂性能研究

为研究Q460C高强结构钢的延性断裂性能,对处于不同应力状态的9个试件进行了单调加载断裂试验。采用修正加权平均(MWA)法获得了Q460C钢材直至断裂的全过程真实应力-真实应变曲线,通过编写MATLAB优化程序校准了VGM和MMC断裂预测模型的参数。借助VUMAT子程序将相关参数代入ABAQUS/Explicit求解器模拟各试件的断裂行为,评估了两种断裂模型对各试件断裂预测的相对精度。通过对已有文献中两个圆周缺口试件的断裂模拟,验证了该文校准的MMC模型参数对Q460钢断裂预测的普适性。研究结果表明:采用MMC模型进行数值模拟得到的荷载-位移响应与试验结果吻合度较好,尤其是对纯剪和剪拉试件的断裂模拟;带应力软化的MMC模型可准确且形象地再现各试件的起裂和裂缝扩展;该文校准的MMC断裂模型参数对Q460钢材断裂行为预测具有相对较好的适用性。

X形软钢阻尼器延性断裂的试验研究与数值模拟

为了研究X形软钢阻尼器在大变形状态下的耗能性能和损伤演化规律,设计了6组试件进行单向和循环荷载作用下延性断裂的试验研究,分析了软钢阻尼器的破坏过程和滞回曲线。采用Lemaitre-Chaboche混合强化模型,分别对各工况下包含与不包含基于应力三轴度的钢材微观损伤模型的软钢阻尼器进行了精细的有限元模拟。对比有限元模拟结果和试验结果,分析结果表明,颈部为X形耗能软钢阻尼器的薄弱位置,最容易发生集中损伤甚至破坏。考虑钢材损伤准则的有限元模拟的荷载-位移曲线与试验结果更加吻合,能够表征软钢阻尼器的承载力与刚度退化现象,并能较为准确地预测软钢阻尼器的损伤演化过程和断裂破坏位置。

压力管道延性断裂止裂可靠性分析

为保证压力管道的安全平稳运行,结合正态分布概率密度函数建立了单根钢管止裂概率的计算方法。基于BTC法和CSM公式对管道止裂韧性值进行了修正,在腐蚀速率的影响下考察了整条管道的裂纹止裂可靠性,并分析了不同裂纹扩展范围下的管道失效年限,最后将延性断裂风险和应力失效风险结果进行了对比。结果表明:增大夏比冲击功的均值,可提高单根钢管的止裂概率;在腐蚀速率为0.38 mm/a时,满足8根钢管可靠性标准的管道失效年限为15.2年,满足5根钢管可靠性标准的管道失效年限为15.8年;裂纹延性断裂比应力失效带来的风险更大,应重点关注高腐蚀区域管道的裂纹扩展。该研究可为制管技术指标的制定和在役管道运行的失效分析提供实际参考。

金属塑性成形过程延性断裂的准则及其数值模拟

介绍了一些对金属延性断裂进行判断的准则,包括基于试验的经验性准则以及连续损伤力学方法建立的准则。在金属塑性成形的大变形有限元分析过程中,将会对断裂裂纹的生成及扩展进行模拟,介绍使用单元删除、单元分裂以及单元分离技术来处理出现裂纹后的工件网格,就齿圈压板精密冲裁、切削加工中切屑成形以及冷挤压等复杂工艺过程的断裂现象进行了模拟研究。

GTN损伤模型对C-Mn钢缺口拉伸试样延性断裂的预测

用GTN(Gurson,Tvergaard,Needleman)损伤模型对不同缺口根半径的C-Mn钢缺口圆棒拉伸试样的延性断裂进行有限元模拟预测。结果表明,当缺口根半径R≤2 mm时,GTN模型对缺口拉伸时的最大载荷Pm、起裂载荷Pi、断裂载荷Pf和断裂功E的预测值与实验值较为接近。而当R>2 mm后,预测值与实验值的偏差变大。其原因在于GTN模型是基于微孔洞长大和聚合的延性断裂机理而建立,对于根半径较小,促使孔洞长大的三向应力度较高的缺口试样较为适用。GTN模型预测的三个特征载荷,尤其是表征韧性的断裂功E的值总体上高于实验测定值,并且其预测的延性起裂位置在R≥1 mm时也与实验观察不一致。其原因是GTN模型未考虑实际材料组织中具体的夹杂物/孔洞的尺寸、形态、分布和方位对损伤演化和断裂过程的影响。

考虑裂尖约束效应的小尺寸CIET试样延性断裂行为

应用单试样规则化法完成了压力容器用钢SA-508紧凑拉伸(Compact tension,CT)、三点弯曲(Single edge-notched bending,SEB)和小尺寸含内侧边裂纹C形拉伸(C-shaped inside edge-notched tension,CIET)三类试样的延性裂纹扩展行为试验,获得了J-Δa阻力曲线。结果表明,SA-508钢的J-Δa阻力曲线受试样构形和裂纹尺寸的影响较大,其根本原因在于试样裂纹尖端约束不同而引起延性断裂行为差异。引入J-Q-M三参数约束理论考察断裂试样的裂尖约束效应,采用权重平均法求解与距离无关的约束参数Q。弹塑性有限元分析结果表明,平面应变条件下的Q参数与载荷水平无关,但三维条件下的Q参数却仍受载荷水平的影响。基于J-Q-M三参数约束方法,建立三类试样满足J-Q-M控制的有效尺寸条件。进一步地,结合条件启裂韧度J0.2BL、J0.5BL试验结果和J-Q-M理论,获得了基于Q参数的约束修正J-Δa阻力曲线簇,可用于任意约束试样以及实际含裂纹结构的延性断裂行为预测。

考虑罗德角参数的钢材薄板延性断裂标定方法

在钢结构中钢梁腹板的断裂表现出很强的剪切断裂特征,因此在预测其断裂行为时除了考虑应力三轴度以外,还应考虑与剪切状态有关的罗德角参数的影响。该文提出了一种适用于钢材薄板延性断裂预测的标定方法。共设计了5组试件,分别为平板试件、开孔平板、开槽平板、90°剪切平板和45°剪切平板。利用平板试件和停机平板试件单向拉伸试验,结合有限元反演得到钢材的全过程真实应力-应变曲线。然后将其代入各试件有限元模型进行计算,标定出各试件对应的等效断裂应变、平均应力三轴度和平均罗德角参数。最后利用Matlab优化工具箱对断裂模型进行优化拟合,确定模型中的各项待定参数。

单调荷载下Q345钢焊缝金属的延性断裂性能研究

为了研究Q345钢焊缝金属的延性断裂性能,对9个试件进行了单调荷载下试验研究,试件设计考虑了不同应力三轴度和洛德角分布范围。分别采用Swift、Voce及Swift-Voce混合强化模型,拟合得到了能预测到断裂时的完整应力-应变曲线,其中Swift-Voce混合强化模型模拟各试件荷载-位移曲线精度最好。采用VGM,改进SWDM和Lou模型3种断裂模型,通过编写UVARM子程序,校准了各模型的材料参数,并对各试件进行了有限元断裂模拟预测,比较分析了各个模型的预测精度。结果表明,VGM模型对接近于平面应变状态的矩形缺口和槽板试件的预测结果误差较大,而改进SWDM和Lou模型通过引入洛德角参数来描述偏应力状态,对不同应力状态的试件断裂预测结果精度更高,模型的适用性更好。

输气管道延性断裂的止裂结构及韧性确定方法

介绍输气管道止裂方法和构件,讨论分析了输气管道止裂韧性的确定方法及各自的优缺点,并重点评析裂纹尖端张开角的预测模型;全面列举止裂所需最低夏比冲击功计算公式及近年来这方面取得的成果,并指出今后的发展趋势和研究方向,为管道设计和安全维护提供一些参考。

焊接力学性能不均匀性对材料延性断裂影响的研究

采用缺口拉伸试样,研究了高匹配焊接接头的力学性能不均匀性对焊缝及母材金属的断裂应变、断裂时的应力三轴性及临界空穴扩张比的影响.研究结果表明:焊接力学不均匀性,对材料的延性断裂行为有强烈的影响.对于母材金属,离焊缝愈近,其断裂应变愈大,而断裂时的应力三轴性愈小,临界空穴扩张比增大.

国内外“延性断裂评定”的各种实施方法及其可靠性研究

文章对压力容器及管道的延性断裂评定，评述了各国的不同实施方法，其中有EPRI的J^T稳定性评定图方法（美国）、PD6493／91失效评定图切线方法（英国）、相容应力的极值方法（中国）以及J^T曲线汇交方法（PressureVesselandPipingCodes）等。本文对个别评定方法的失当和不足进行了论证分析和对比计算，推荐了最佳的评定方法。推荐的方法便于微机操作，概念清晰，直观性强，可获得高可靠度的失稳预测。

用SZ法测试焊缝金属延性断裂韧度的研究

采用SZ法对焊缝金属的延性断裂韧度进行了测定并作了线性回归分析 ,分析了SZ法的特点 ,并对其关键技术作了探讨。最后建议对于高延性材料采用SZ法 。

R曲线法在焊缝金属延性断裂韧度测试中的应用研究

测定了不同焊接线能量条件下 6 0kg级熔敷金属的JR 阻力曲线和COD阻力曲线 ,得出了线能量对Jc、δc 的影响规律。在实验范围内熔敷金属延性断裂韧度随焊接线能量增加而增大。总结了两种阻力曲线的各自特点以及产生实验误差的原因。相比较而言 ,JR 曲线法在曲线回归时数据相关性更高 ,更精确。

天然气管道延性断裂止裂控制技术进展

随着管道钢强韧性的增加 ,延性断裂成为管道断裂的主要形式。为避免爆破等灾难性事故的发生 ,天然气管道延性断裂裂纹扩展和止裂控制成为国内外研究的重点。欧美研究机构通过大量的实验室及全尺寸爆破试验 ,建立了输气钢管延性断裂的止裂公式 ,为管道设计和止裂预测提供了便利 ,并在天然气管道延性断裂止裂控制中得到了广泛应用。本文重点介绍了Battelle双曲线模型和能量平衡模型的基本原理 ,比较了Battelle、Leis以及作者由统计分析所得预测模型之间的适用范围 ,同时讨论了两种模型在应用中存在的几个问题 ,为天然气管道止裂研究提供帮助。

COEC微小试样用于延性断裂行为评定的规则化法研究

在材料断裂行为评定中,试样小型化不仅具有取样方便和节约成本的优点,而且对满足特殊取样要求的断裂韧度测试有重要工程意义。采用含外侧边裂纹C形压缩(C-shaped outside edge-notched compression,COEC)小试样,基于量纲一载荷分离理论发展了其用于获取延性材料的断裂韧度的规则化测试方法。采用A508-III压力容器钢完成了不同规格COEC、紧凑拉伸(Compact tension,CT)和单边裂纹弯曲(Single edged-notched bending,SEB)试样的J阻力曲线试验。结果表明,相比试样厚度,初始裂纹长度对COEC试样的J阻力曲线测试结果影响更大。同时,由于COEC试样具有更高的裂尖约束水平,其J阻力曲线明显低于标准CT、SEB试样的结果。

CTOA在管线钢延性断裂评定中的应用

裂尖张开角度 (CTOA)作为天然气管道延性裂纹扩展、止裂预测的重要参数 ,是当前天然气工业的研究重点。目前CTOA定义都以试验测量结果为基础 ,较常用的是以距瞬时裂尖后部特定距离处裂纹两侧之间的距离来确定。CTOA的测定是通过高速摄影技术 ,建立裂尖裂纹断面与自由表面的三维关系模型。实验和研究证明 ,CTOA可用于摸拟天然气管道裂纹起始、扩展及止裂的全过程 ,从而大大降低天然气管道断裂的研究成本 。

16Mn热轧钢板延性断裂韧度J_(IC)的相关性研究

探讨了热处理和应变循环加载对16Mn延性断裂韧度JIC的影响。实验结果表明:16Mn热轧钢板正火后延性断裂韧度JIC约是正火前的3倍,应变循环加载对钢材的延性断裂韧度JIC的影响很明显,钢材单调拉伸0.3%应变后,延性断裂韧度JIC均比未经单调拉伸0.3%应变时降低了11%。控制±0.3%全应变的循环加载500周后,延性断裂韧度JIC比未经单调拉伸0.3%应变时钢的延性断裂韧度JIC提高了15%,产生相反差异的原因还有待于进一步的研究。

应力状态和应变率对Q690钢延性断裂行为的影响

研究了中国Q690高强度结构钢在不同低应变率下的真实应力-应变关系和延性断裂特征。加载了3种不同开口尺寸的单轴拉伸平板试件和纯剪试件,获得了广泛的应力状态。用试验结合数值模拟的方法确定等效塑性断裂应变、应力三轴度和罗德参数。结果表明,应力三轴度和罗德参数是控制断裂的主要影响因素。与应力相比,应变对应变率更为敏感,等效塑性断裂应变随应变率的增大而增大。此外,由于断裂前纯剪试件标距范围发生明显的变形和应力集中现象,断裂面以拉应力或拉剪应力为主,纯剪试件的设计需要进一步研究。

海底油气管道延性断裂止裂CVN冲击功的计算

介绍了油气管道延性断裂止裂的能量判据和速度判据,以及确定止裂韧性值的常用方法,并重点介绍了经典的Battelle双曲线模型。海底管线由于受海洋自然环境的影响,一旦管道发生泄漏和破坏等事故,不仅影响正常的生产秩序,对环境的影响更是难以估计。针对某海底油气管道延性断裂止裂,运用Battelle研究所开发的Version 1.0软件计算出了该管线在相应的设计条件下,管道的延性断裂止裂最小CVN冲击功值,为保证海底管线安全和确定相应的技术要求提供了可靠依据。

管线钢的延性断裂及焊接研究

主要介绍了高压输气管线延性断裂的特征、形成机制,以及我国在高强高韧性管线钢焊接材料、工艺及焊接性方面的一些研究工作。