SHTB加载紧凑拉伸试样断裂韧性测试仿真

由于动态断裂问题的复杂性,目前对动态断裂测试尚未形成标准。针对金属动态断裂测试问题,提出了一种测试紧凑拉伸(CT)试样动态断裂韧性方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对改进的Hopkinson拉杆系统加载下的CT试样断裂测试过程进行了数值仿真研究。分析了CT试样中应力波的传播过程、起裂时间和应力平衡条件,说明整个加载过程能够满足一维应力波假设,验证了改进方法的可行性,同时得到CT试样在该种实验装置加载下的动态断裂韧性。

紧凑拉伸试样参比电位差接线点布局的优化方法

紧凑拉伸试样参比电位差接线点布局多凭经验,本文提出了一种基于遗传算法对紧促拉伸试样参比电位差接线点寻优的方法.采用有限元法对拉伸试样的电位场分析,构建遗传算法的参比电位差模型,寻求最佳参比电位差值,得到紧凑拉伸试样最佳接线点位置.结果表明,两个参比电位差接线点之间的距离对参比电位差影响较大,靠近电流输入端与拉伸试样右上端内侧区域为最佳接线点位置.

混凝土紧凑拉伸试样断裂稳定性分析

试样裂纹扩展的稳定性对断裂韧度的测试具有重要影响，尤其是对尺寸较大的混凝土试样。本文根据裂纹扩展稳定性因子，分析紧凑拉伸试样裂纹扩展的稳定性及混凝土试样尺寸大型化对裂纹扩展稳定性的影响。

紧凑拉伸试样加载孔对裂纹的干涉作用

通过增量理论弹塑性有限元计算 ,对比分析了带和不带加载孔 CT试样 J积分之间的差异 .提出裂纹长度与试样宽度之比大于等于 0 .6时 ,可完全忽略加载孔对 J积分的干涉作用 .另外 ,采用

紧凑拉伸试样加载点位移研究

针对现有理论计算模型中存在的不足,通过实验研究,测得了标准紧凑拉伸试样加载点载荷-位移曲线.同时利用ANSYS结构分析软件建立了试样的有限元模型,计算了试样在不同载荷作用下的加载点位移,得到与实验相一致的结果.以此实验和数值计算结果修正了理论计算公式,提出了适于紧凑拉伸试样应力强度因子计算的加载点位移经验公式,为材料动态断裂韧性的研究提供了依据.

镍基高温合金紧凑拉伸试样侧槽优选研究及试验

为了获得平直的紧凑拉伸(Compact Tension,CT)试件裂纹扩展前缘,对带侧槽CT试样的侧槽进行参数化表征,采用有限元方法研究侧槽对裂纹尖端应力强度因子的影响规律,对CT试样的侧槽进行优选。获得了使CT试样裂纹尖端应力强度因子沿厚度方向方差小于0.1(MPa·m1/2)^2的侧槽形状。与标准CT试件裂纹扩展试验对比,结果表明,优选的带侧槽CT试件沿厚度方向裂纹扩展更为均匀,方差为标准CT试件的30%。为了研究电位法经验公式计算带侧槽CT试样裂纹长度的适用性,进行了对比分析。结果表明,对于带侧槽CT试件,利用非线性公式计算的裂纹长度与试验结果误差最小,不超过0.7%。优选侧槽CT试样裂纹扩展更平直;电位法测量带侧槽CT试件裂纹长度,非线性公式计算裂纹长度的误差更小。

紧凑拉伸Be试样应力和断裂行为研究

利用X射线应力分析仪和在线加载装置测试了紧凑拉伸(compacttension,CT)Be试样缺口前端的应力分布,利用万能拉伸试验机、引伸计和扫描电镜研究了紧凑拉伸Be试样的断裂行为。研究表明:样品加工缺陷如缺口在载荷作用下形成应力集中,样品首先在此开裂,获得了紧凑拉伸铍试样的载荷-裂纹张开曲线和平面应变断裂韧性为15.4MPam。扫描电镜观察表明Be断口呈现解理特征,紧凑拉伸试样断口呈现出3个特征区。裂纹尖端扩展观察表明沿基滑移面形成解理微裂纹,这些微裂纹长大后受主应力控制。利用断裂韧性评估了Be材存在微裂纹时的断裂强度。

平面应变下紧凑拉伸试样的动态断裂韧性的实验研究

材料的动态断裂韧性是衡量材料在动载荷作用下抵抗裂纹扩展能力的重要指标,以往的材料动态断裂韧性测试多采用三点弯曲试样,而针对紧凑拉伸试样的动态断裂韧性研究很少。本文将紧凑拉伸试样(即CT试样)简化成等效弹簧质量模型,得到了CT试样动态应力强度因子的近似表达式。对Hopkinson压杆装置进行了改进,利用改进后的实验装置进行了CT试样的平面应变型动态断裂实验。由于载荷在起裂前(以至起裂后一段时间)是单调增加的,因此可以用动态应力强度因子K(t)作为裂纹尖端的表征参量,并用动态冲击载荷(或加载点位移)曲线来确定动态应力强度因子K(t);利用电阻应变片法确定起裂点,最终获得了表征材料动态起裂韧性的KId。由此形成一整套平面应变型动态起裂韧性的表征和测试方法。同时利用该方法对2A12铝合金和16Mn合金钢的CT试样进行了断裂韧性测试,从实验结果可以看出改进后的装置和测试方法是可靠而有效的。

基于数字散斑相关法的紧凑拉伸试样断裂韧性实验研究

本文采用数字散斑相关方法对2A12T4铝合金紧凑拉伸试样的断裂韧性进行了实验研究。应用数字散斑相关方法计算了实验过程中试样的应变场、应力场以及位移场。针对实验所得的结果以及紧凑拉伸试样的裂纹特征,采用了矩形积分路径。选择沿裂纹方向和垂直裂纹方向的J积分路径,并且推导出各方向上J积分的数值计算公式。根据推导得到的公式选择不同的积分路径进行J积分的计算,得到了断裂韧性J0积分路径的合理选择范围,同时验证了J积分的路径守恒性。然后根据所得的路径选择标准,选择合理的积分路径,计算出2A12T4铝合金断裂韧性J0的值。将所得结果与国标计算的J0值对比,误差为1.22%,说明了此种方法的正确性。从而为数字散斑相关方法在紧凑拉伸试样断裂韧性的测试研究中提供参考。

模拟压力容器接管高应变梯度场的一种新型特殊紧凑拉伸(SCT)试样

本文提出一种新型特殊紧凑拉伸(SCT)试样,以模拟压力容器局部高应变梯度接管区。该区主要特征为:高峰值应变,大应变梯度及该局部高应变区受周围弹性区的强烈约束。特殊紧凑拉伸试样是在普通紧凑拉伸试样的基础上,在其中央部位两侧削薄其厚度,并在端部留下筋条;同时在试样中部钻中心孔。故其设计与试验计算较为方便。试验结果表明:对此弯曲型试样所需载荷很低,例如对一个厚12.5mm,宽50mm,长60mm的SCT试样,只需加载4.5kN(千牛顿)即0.45吨即可获得高达8067με(微应变)的峰值应变,并成功地再现了局部高应变梯度区各主要特征,较宽板试验更符合工程结构的实际情况,且可节省材料、劳力、工时,不需特殊的大型试验机,节省经费。将试验结果与压力容器接管实际试验数据对比,表明它成功地提供了一种对研究接管等几何不连续部位的断裂与疲劳及其可靠性评定的有用的工程工具。

304不锈钢紧凑拉伸裂尖应力强度因子有限元分析

304不锈钢结构在工程应用中经常发生疲劳断裂.利用有限元数值模拟方法对304不锈钢制成的紧凑拉伸试样进行二维分析,通过J积分计算应力强度因子.使问题满足平面应力条件,通过对数据处理,分析载荷大小和裂纹长度对应力强度因子的影响.把有限元计算的结果和经验公式对比,分析误差及有限元方法的可行性.

基于CT试样的动态断裂韧性尺寸影响因素试验研究

为研究紧凑拉伸(Compact Tensile,CT)试样尺寸对动态断裂韧性试验的影响,使用分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson Tie Bar,SHTB)装置对2A12T4铝合金CT试样进行了动态断裂测试,通过数字散斑相关法(Digital Speckle Correlation Method,DSCM)计算了试样的动态断裂韧性,并对比应变片法计算结果说明了此种方法的正确性。研究试件的不同大小和加载孔位置对动态断裂韧性的影响,研究结果表明,W/B的值越小,CT试样动态断裂韧性值越小且降低的趋势逐渐变缓,对于W/B值相同的不同尺寸试样,其动态断裂韧性差距很小,改变加载圆孔圆心距对动态断裂韧性试验结果影响较小。

改进Hopkinson拉杆加载CT试样断裂数值模拟

为研究紧凑拉伸(CT)试样的动态断裂性能,将分离式Hopkinson拉杆进行了改进,在入射杆与透射杆的加载端设计了一种夹持装置,实现了CT试样的动态断裂测试.采用ANSYS/LS-DYNA数值分析程序,对拉伸应力波加载下,基于改进后Hopkinson拉杆系统的CT试样动态断裂测试过程进行了数值模拟研究,得出CT试样的动态断裂响应,计算了表征其动态断裂韧性的相关参量.结果表明,试样中应力分布由非对称状态经约80μs达到对称分布状态,此后试样应力分布云图对称,两端加载点载荷相等,试样达到应力平衡状态,满足了Hopkinson杆断裂韧性测试要求,并讨论了夹头截面突变与销钉直径对应力波传播和试样应力平衡的影响,为后续Hopkinson拉杆装置继续改进与CT试样动态断裂测试提供了依据.

加载速率对34CrMo4钢CT试样应力腐蚀行为的影响

在湿H2S环境下,对34CrMo4高强钢的紧凑拉伸(CT)试样按不同位移速率进行拉伸,并对断口形貌及载荷—位移曲线进行了分析。结果表明,当位移速率在10-5～10-4 mm/s范围内,试样呈脆性断裂,可见明显应力腐蚀现象;当位移速率过快或过慢时,应力腐蚀敏感性会显著降低,试样呈韧性断裂。

铝合金CT试样焊接残余应力重分布分析

对7005铝合金焊接试样建立有限元模型,模拟分析从试板提取紧凑拉伸试样(CT试样)后试样内部的残余应力重分布情况.结果表明,CT试样缺口开在焊缝中心线时,横向残余应力在试样中心线两端为压缩状态,中部为拉伸状态,纵向残余应力为压缩状态;缺口开在焊趾时,横向残余应力在两端为压缩状态,中部为拉伸状态,纵向残余应力为拉伸状态;缺口开在母材时,横向残余应力在两端为拉伸状态,中部为压缩状态,纵向残余应力为拉伸状态.进一步分析表明,焊缝中心线与CT试样边缘的距离超过1/4试样宽度时,两端的横向残余应力为压缩状态,中部为拉伸状态,否则呈现相反的规律.焊缝中心纵向残余应力随着母材宽度的减小而减小,借助3-Bar模型分析发现,当焊缝一侧的母材宽度小于59 mm时,焊缝中心线的残余应力为压缩状态.

CTS试样偏折裂纹应力强度因子研究（英文）

采用CTS试样研究Ⅰ/Ⅱ混合型断裂特性计算裂纹前缘应力强度因子时可采用解析公式,一旦裂纹发生扩展,解析公式便不再适用。文中采用有限元法研究紧凑拉伸剪切(CTS)试样在Ⅰ/Ⅱ平面混合型加载下的裂纹扩展行为。采用ANSYS建立CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型测试系统有限元模型,为模拟真实受力状态,在CTS试样—销—扇型夹具以及扇型夹具—销—U型夹具之间分别建立接触对进行接触力学分析。通过与解析公式结果进行对比验证了该数值方法的可靠性,采用最大环向应力准则(MTS),模拟了CTS试样不同加载角度下的裂纹扩展路径,获得了裂纹扩展路径中应力强度因子随裂纹长度的变化曲线,解释了裂纹扩展路径不与外载荷方向垂直的原因,并给出了CTS试样偏折裂纹应力强度因子解析公式。

试样的几何形状对ASTMA533B级钢J—R曲线的影响

为评价冲击试样的几何形状对J_1与抗裂纹增长曲线的影响和评价J—受控裂纹增长的有效限度,文中叙述了用A513B级钢作两种试验的情况。用HSST-02钢板的1T紧凑拉伸试样（1TCT）研究了侧面槽口深度与裂纹长度的比率。宽阔区的厚度与弦率的关系是用HSST-03钢板的2T平面紧凑试样进行研究的。

服役后API 5L X56钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验研究

为研究服役后X56双层海底管道钢的疲劳裂纹扩展速率,对外层管上截取的标准紧凑拉伸试样分别在空气和海水环境下进行不同最大疲劳载荷(P max=9 kN,10 kN,12 kN)的疲劳裂纹扩展试验。与空气环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率相比,裂纹生长至15.38 mm时,9、10、12 kN载荷下海水环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率分别提高了1.82倍、1.54倍、1.43倍;随着裂纹扩展长度增大,外界载荷起主导作用,海水腐蚀的影响越来越小。综合分析最大疲劳载荷对疲劳裂纹扩展的影响,结果发现相同裂纹长度的前提下,疲劳载荷增加,应力强度因子幅值(ΔK)和疲劳裂纹扩展速率(d a/d N)增加,海水腐蚀影响逐渐减小。疲劳裂纹扩展试验中所施加的最大疲劳载荷对CT试样的疲劳寿命具有较大影响,对Paris常数的影响较小。扫描电镜下CT试样的疲劳断口均为穿晶型断裂。海水环境中CT试样的疲劳断口表现出更多的二次裂纹和更高的撕裂脊。随着最大疲劳载荷增加,解理断裂形成的解理台阶晶面面积和高度差逐渐增大,疲劳断口越粗糙,解理特征越明显。

断裂韧性测试中的载荷分离法及应用

针对无法直接获得载荷(P)-加载线位移(load line displacement,LLD)对应的塑性功导致无法直接完成基于直通型紧凑拉伸试样(front face compact tension,FFCT)试样材料断裂韧性测试的问题,该文基于迭代理念将适用于台阶型试样(load line compact tension,LLCT)的规则化法推广应用于FFCT试样,得到基于FFCT试样评估延性材料断裂韧性的可行方法。结合汽轮机转子钢和迭代方法,验证新方法准确性,最后将迭代方法应用于核反应堆材料A508-III钢的J阻力曲线测试中,有助于解决基于1/2FFCT试样获取断裂韧性的难题。

P92钢高温断裂韧性的试验

文中以P92耐热钢为研究对象,研究了不同尺寸的开侧槽和不开侧槽的紧凑拉伸试样在630°C下的断裂韧性,得到了相应的的阻力曲线及断裂韧度JQ. P92钢在高温下为典型的韧性断裂机制.基于三维有限元计算对侧槽的拘束效应进行表征,结果表明,侧槽可明显提高试样的拘束水平,试样尺寸越小,J阻力曲线差异越明显.随载荷增大,非侧槽试样的拘束变化更明显,开侧槽将导致试样阻力曲线不同.试样尺寸及结构的改变,对韧性材料的阻力曲线影响较大,而对断裂韧度值影响较小.试样开侧槽之后裂纹扩展更平齐,可优化断裂韧性试验过程.