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基于等效能量原理的延性材料J(δ)阻力曲线测试新方法研究

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工程力学 2020年第10期37卷 7-16页

作者：彭云强蔡力勋韦利明中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999 西南交通大学力学与工程学院应用力学与结构安全四川省重点实验室四川成都610031

基于等效能量原理获取的I型裂纹试样弹塑性载荷-位移关系和J积分-载荷关系半解析统一表达式,借助半解析法实现了对多种裂纹试样J阻力曲线的有效测试;采用该方法,还可很容易实现C型外缺口压缩(C-shaped outside edge-notched compression... 详细信息

基于等效能量原理获取的I型裂纹试样弹塑性载荷-位移关系和J积分-载荷关系半解析统一表达式,借助半解析法实现了对多种裂纹试样J阻力曲线的有效测试;采用该方法,还可很容易实现C型外缺口压缩(C-shaped outside edge-notched compression,COEC)小试样的高温J阻力曲线测试。此外,借助半解析公式确定的锐裂纹试样的实时裂纹扩展长度,亦可实现延性材料的裂尖张开位移(Crack tip opening displacement,CTOD,δ)阻力曲线测试。

关键词：等效能量原理延性材料 I型裂纹半解析阻力曲线

基于弹、塑性能量的延性材料压入模型与试验方法

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基于弹、塑性能量的延性材料压入模型与试验方法

作者：张思宇西南交通大学

学位级别：硕士

材料应力-应变关系、弹性模量以及强度(屈服强度、抗拉强度)是结构设计与安全评价的基础关系和性能指标。对于航空发动机、核反应堆压力容器等特殊结构、焊接结构和尺寸在毫微量级的材料等,难以通过截取或加工得到标准拉伸试样来实现传... 详细信息

材料应力-应变关系、弹性模量以及强度(屈服强度、抗拉强度)是结构设计与安全评价的基础关系和性能指标。对于航空发动机、核反应堆压力容器等特殊结构、焊接结构和尺寸在毫微量级的材料等,难以通过截取或加工得到标准拉伸试样来实现传统拉伸试验,并且随着零件微型化发展,对材料性能的测试提出了更高的要求,故以球、圆锥、圆柱平面等硬质合金压头压入材料表面的试验方法(压入法)因可微损地实现材料力学性能测试而逐渐引起关注。本文基于能量密度等效,针对本构关系符合Ramberg-Osgood律(R-O律)的延性金属材料,借助有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)和试验手段,开展圆锥形压入(锥压入)和圆柱平面压入(平面压入)理论模型及试验方法的研究,主要完成工作如下:(1)针对圆锥及圆柱平面压入建立了线性律纯弹性条件下应变能U和纯弹性位移h与载荷P之间的半解析模型及幂律纯塑性条件下应变能U和纯塑性位移h与载荷P之间的半解析模型,假定U、U与弹塑性应变能U之间存在比例叠加关系,引入能量叠加比例因子λ,提出了弹塑性应变能比例叠加的圆锥及圆柱平面压入的载荷-位移模型(Load vs.displacement model based on proportional superposition of elastoplastic-energy under indentation,LDM-PS),提出了通过给定材料力学性能常数和几何参数的特定条件获得模型参数的半解析法;(2)基于LDM-PS,针对锥压入与平面压入分别提出了获取延性金属材料R-O律参数的弹塑性能量比例叠加的锥压入试验(Conical indentation based on elastoplastic proportional superposition,CI-EPS)方法和平面压入试验(Flat indentation based on elastoplastic proportional superposition,FI-EPS)方法;(3)针对60种不同本构关系的设定材料,通过LDM-PS预测的载荷-位移曲线与给定应力-应变关系以有限元计算的载荷-位移曲线密切吻合(正向验证),预设符合R-O律的应力-应变数据组通过FEA获得载荷-位移关系作为试验模拟曲线,以CI-EPS和FI-EPS方法预测的应力-应变曲线与有限元预设的曲线密切吻合(反向验证),采用10种(4种铝合金,6种钢)金属材料完成了双锥压入试验,对6种(3种铝合金,3种钢)金属材料完成了平面压入试验,通过CI-EPS方法和FI-EPS方法预测的应力-应变关系与单轴拉伸试验之间的优度均高于0.96,预测的弹性模量与拉伸结果误差均在5%以内,强度与单轴拉伸试验结果相对误差较小。

关键词：延性材料能量密度等效应力-应变关系半解析锥压入试验方法平面压入试验方法弹塑性能量比例叠加有限元分析

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延性材料开裂机理及抗断设计

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2006年第3期38卷 368-373,424页

作者：王万祯顾强兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 苏州科技学院土木系江苏苏州215011

从特定的工程背景出发,结合经典力学和断裂力学对延性材料屈服和断裂解释的力学原理,通过对延性材料刻痕杆刻痕根部的断裂应力场分析,推导出了延性材料在应力三轴空间中微观裂纹的形成准则:σF=σY1-υ.随后,通过对比开孔铝合金方板的... 详细信息

从特定的工程背景出发,结合经典力学和断裂力学对延性材料屈服和断裂解释的力学原理,通过对延性材料刻痕杆刻痕根部的断裂应力场分析,推导出了延性材料在应力三轴空间中微观裂纹的形成准则:σF=σY1-υ.随后,通过对比开孔铝合金方板的断裂试验和数值模拟结果,验证了该准则对于预测延性材料在应力三轴空间中微观裂纹的形成及宏观断裂具有较高的精度且略偏于保守.最后,给出了抗断设计建议、应用该准则时应注意的问题及进一步的研究工作.

关键词：屈服断裂延性材料刻痕杆应力三轴空间裂纹形成准则

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延性材料的损伤断裂

爆炸与冲击 2000年第2期20卷 115-120页

作者：张昌锁张宝平梁为民太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 北京理工大学机电工程系北京100081 中国矿业大学北京研究生部北京100083

以细观统计损伤理论为基础 ,对材料受冲击载荷作用下初期损伤的成核成长效应进行了定量计算。得到了不同动载荷作用下从损伤成核到成长阶段转换的特征时间 ,并把它应用于Johnson提出的延性材料的损伤断裂模型 ,减小了原模型中的模型参... 详细信息

以细观统计损伤理论为基础 ,对材料受冲击载荷作用下初期损伤的成核成长效应进行了定量计算。得到了不同动载荷作用下从损伤成核到成长阶段转换的特征时间 ,并把它应用于Johnson提出的延性材料的损伤断裂模型 ,减小了原模型中的模型参数———初始损伤度的随意性 ,增加了Johnson模型的确定性与可预测性。用改进后的模型计算不同冲击速度下OFHC铜的损伤断裂 ,计算结果与实测结果吻合较好。

关键词：延性材料动态断裂模型损伤成核成长

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延性材料不同断裂准则的对比研究

四川建筑科学研究 2008年第3期34卷 17-20页

作者：王万祯孙玉萍顾强兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 苏州科技学院土木工程系江苏苏州215011

从特定的工程背景出发,回顾了对延性材料断裂解释的不同力学原理及各种断裂准则。根据开孔铝合金(Al2024-T35)矩形板断裂试验的数值模拟结果,对比评判了不同断裂准则的适用性和精度。分析结果显示,文献[8]建议的延性材料在应力三轴空间... 详细信息

从特定的工程背景出发,回顾了对延性材料断裂解释的不同力学原理及各种断裂准则。根据开孔铝合金(Al2024-T35)矩形板断裂试验的数值模拟结果,对比评判了不同断裂准则的适用性和精度。分析结果显示,文献[8]建议的延性材料在应力三轴空间中的裂纹形成准则具有较高精度。

关键词：屈服断裂延性材料应力三轴空间断裂准则对比研究

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动载荷作用下延性材料的孔洞增长和成核

兵工学报 2004年第6期25卷 730-733页

作者：张凤国崔亚平秦承森李勇北京应用物理与计算数学研究所北京100088 吉林建筑工程学院土木工程系

对材料中微孔洞增长和成核的研究是从细观上分析金属层裂现象的重要手段。与以往分析只考虑塑性变形不同的是本文采用JC经验本构模型 ,分析了在动载荷作用下孔洞变形 (弹性变形、弹塑性变形以及塑性变形 )情况下的孔洞增长 ,给出了其数... 详细信息

对材料中微孔洞增长和成核的研究是从细观上分析金属层裂现象的重要手段。与以往分析只考虑塑性变形不同的是本文采用JC经验本构模型 ,分析了在动载荷作用下孔洞变形 (弹性变形、弹塑性变形以及塑性变形 )情况下的孔洞增长 ,给出了其数值计算的方程 ,同时分析了缓慢加载时外载荷与孔洞增长之间的关系 ,以及材料失效时外载荷与孔洞初始几何尺寸之间的关系。

关键词：延性材料成核现象微孔洞层裂动载荷数值计算方程本构模型加载弹塑性变形

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延性材料损伤孔洞尺寸效应探讨

机械科学与技术 2002年第3期21卷 460-462页

作者：李晓红张克实西北工业大学工程力学系

应用有限元方法 ,对延性材料孔洞型损伤中的尺寸效应问题进行尝试性探讨。考察具有相同初始孔洞体积分数 f0 、不同孔洞尺寸 (半径比为 2 :1.6 :0 .96 )的延性材料中 ,孔洞尺寸对表征材料损伤程度的孔洞体积分数 f演化过程的影响。结果... 详细信息

应用有限元方法 ,对延性材料孔洞型损伤中的尺寸效应问题进行尝试性探讨。考察具有相同初始孔洞体积分数 f0 、不同孔洞尺寸 (半径比为 2 :1.6 :0 .96 )的延性材料中 ,孔洞尺寸对表征材料损伤程度的孔洞体积分数 f演化过程的影响。结果发现 :在较低应力状态下 ,孔洞尺寸的差异 ,对孔洞增长的快慢影响较小 ;但在裂纹试件所对应的高应力状态下 ,这种影响很突出 :大尺寸孔洞加速了材料中孔洞体积分数 f的增长 ,加剧了材料损伤。所以降低材料中孔洞或颗粒尺寸有助于其延性。

关键词：损伤有限元孔洞模型尺寸效应延性材料

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晶粒尺度对延性材料层裂损伤影响的数值分析

晶粒尺度对延性材料层裂损伤影响的数值分析

第五届全国计算爆炸力学会议

作者：张凤国周洪强洪滔北京应用物理与计算数学研究所

根据晶粒尺度与材料内部潜在成核孔洞数之间相互的对应关系,本文通过改进孔洞的成核模型,首次将晶粒尺度引入到延性材料层裂损伤演化方程中,并采用数值方法分析了晶粒尺度对自由面速度的影响,计算结果与相关文献所报导的实验分析结果定... 详细信息

根据晶粒尺度与材料内部潜在成核孔洞数之间相互的对应关系,本文通过改进孔洞的成核模型,首次将晶粒尺度引入到延性材料层裂损伤演化方程中,并采用数值方法分析了晶粒尺度对自由面速度的影响,计算结果与相关文献所报导的实验分析结果定性上具有一定的相似性。研究成果对于层裂损伤的深入研究具有一定的启发性。

关键词：层裂晶粒尺度延性材料冲击

来源： cnki会议评论

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延性材料的动态崩落研究

爆炸与冲击 1995年第2期15卷 167-173页

作者：陈增涛王铎哈尔滨工业大学航天工程与力学系

采用Ｇｒａｄｙ发展的一种动态崩落的一般描述方法，考虑了Ｈｅｒｔｚｂｅｒｇ对崩落过程的塑性修正，借助于不同的基体材料的等效应力假定，给出了考虑粘性（应变率）效应的强冲击载荷下延性材料的动态崩落尺寸与孔隙度的定量关系。这... 详细信息

采用Ｇｒａｄｙ发展的一种动态崩落的一般描述方法，考虑了Ｈｅｒｔｚｂｅｒｇ对崩落过程的塑性修正，借助于不同的基体材料的等效应力假定，给出了考虑粘性（应变率）效应的强冲击载荷下延性材料的动态崩落尺寸与孔隙度的定量关系。这对动态断裂的细观描述提供了一个新的途径。

关键词：延性材料崩落微孔细观力学材料力学