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。

线性强化弹塑性裂纹尖端韧带线场

计及弹性应变 ,引入一代表裂尖区各点弹性变形、塑性变形比例的参量νep,得到平面应变下Ⅰ型裂纹的线性强化弹塑性韧带近似解 ,并导出其应力、应变以及能量密度的表达式。νep作为约束参数进入弹塑性裂纹尖端场 ,其值的变化可引起裂尖能量密度场的明显变化。

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测试中的约束分析

针对实验研究约束不易操作、难以测量的状况,采用有限元Gruson孔洞模型建立SENB试件、CT试件和MCT试件的有限元模型,研究试件类型、厚度对裂尖轨迹的影响,以及试件厚度、裂纹扩展量和约束表征参数对裂尖约束的影响。研究结果表明:试件类型对于裂尖轨迹影响较小,试件厚度对裂尖轨迹影响显著;约束沿厚度方向和裂纹扩展方向变化明显,全局约束因子αg和应力三轴度Am等效,该结论对CTOA测试及理论分析有较大的理论价值和指导作用。

焊接残余应力对含缺陷管道K-T值的影响研究

为给含缺陷焊接管道脆性断裂的进一步研究提供基础,本文采用本征应变与局部应力相结合的方法模拟了两种典型的焊接残余应力,并计算了含内表面环向裂纹的管道分别在这两种残余应力作用下的应力强度因子K和裂尖约束应力T。计算结果表明:管道厚度方向的应力分布决定了裂纹根部的K-T值,沿着管道厚度呈拉应力分布的残余应力对应较大的K值与较小的T值,而沿着管道厚度总体呈弯曲分布的残余应力对应较小的K值与较大的T值;在残余应力分布和管道厚度都相同的条件下,管道内径对K-T值的影响随着裂纹深度的增大而加强。

321/690异种金属焊接接头的断裂韧度研究

采用三点弯曲小试样(Mini-SEB试样),完成了690镍基合金与321不锈钢异种金属焊接接头的焊缝区(WZ)、690镍基合金热影响区(690HAZ)和321不锈钢热影响区(321HAZ)的断裂韧度测试,基于载荷分离原理获得了J-Δa阻力曲线和条件断裂韧度。结果表明,WZ和321HAZ材料的J-Δa阻力曲线受裂纹深度的影响较大,690HAZ材料的J-Δa阻力曲线受裂纹深度影响较小,3种材料的真实启裂韧度JI均存在明显的裂纹尺寸效应。结合条件启裂韧度J0.1BL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材料的延性断裂行为预测。