40Cr/Q345钢的紧凑拉伸试样动态断裂研究

作     者：侯颖 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周跃发

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：霍普金森拉杆 加载速率 动态断裂韧性 紧凑拉伸试样 

摘      要：无论在民用还是军事领域中,钢材料在其服役期间会承受诸如爆炸、高速冲击等动态问题,因此其动态断裂性能的研究对提高结构的安全性有着极其重要的作用。同时,动态加载条件下,材料的断裂韧性的测试方法及标准也一直是断裂力学的研究热点。本文对Q345和40Cr两种钢材料的紧凑拉伸试样进行了准静态和动态断裂实验,其中动态测试是基于分离式霍普金森拉杆实验装置,并获得材料在不同加载速率下的动态断裂韧性。同时应用有限元软件对动态实验过程进行了模拟,研究了夹具加载方式对实验的影响。详述如下:(1)采用万能实验机对材料的基本力学参数进行测试,采用疲劳实验机为紧凑拉伸试样预制疲劳裂纹,并进行准静态拉伸实验,获得不同厚度材料的准静态断裂韧性值。(2)采用霍普金森拉杆实验装置对Q345和40Cr钢材料的紧凑拉伸试样进行动态拉伸断裂测试,通过改变连接短杆的截面直径来获得不同加载速率下的动态断裂韧性,并与准静态实验值做出对比。同时针对不同裂纹长度的试样进行了实验,发现试样预制疲劳裂纹长度越长其动态断裂韧性越小。(3)对动态实验过程进行有限元仿真,对比实验和仿真结果的波形曲线,以证明仿真方法合理,并观察装置和试件中的应力分布。通过有限元模拟,分析夹具加载方式和直接加载方式对波形、应力平衡时间、起裂时间等因素的影响。并分析对比不同夹具尺寸对动态断裂韧性值、应力波波形等因素的影响,获得最优的夹具尺寸。