初始损伤影响钢的低温解理断裂韧性的细观力学分析

通过长条形孔洞附近的局部应力应变分布的细观有限元模拟计算,对初始损伤影响钢的低温解理断裂韧性的原因进行了研究.计算结果表明,预加载时引入的长条形孔洞缺陷在后续低温加载时,其前端产生了局部高应力应变集中,促使了解理裂纹的形核(pε≥pεc)和扩展(yσy≥fσ),使解理发生在较低的载荷下,引起了韧性的降低.随预载荷比P0/Pgy的增加,材料中的损伤量和损伤孔洞的尺寸增大,引起的局部高应力应变集中程度增大,可促使解理发生在更低的载荷下.这就是随着预载荷比P0/Pgy的增加,材料的缺口解理断裂韧性Pf/Pgy降低的细观力学原因.     

Mode Ⅰ/Ⅱ混合加载下缺口前初始孔洞的长大行为

文章对Mode Ⅰ/Ⅱ混合加载下缺口前初始孔洞的长大行为进行了有限元计算模拟.结果表明:ModeⅠ/Ⅱ混合加载下,缺口前端一侧钝化,一侧锐化.钝化侧的孔洞在外加载荷P/Pgy＜0.2时没有长大;在0.2＜P/Pgy＜0.8内缓慢长大;在P/Pgy＞0.8后快速长大,且长大速率随P/Pgy而增加.锐化侧的孔洞在整个加载范围内基本没有长大.整体孔洞面积分数随P/Pgy的增加源于钝化侧孔洞的长大.钝化侧较高的三向应力度σm/-σ和εp等效塑性应变是其孔洞长大的主要原因.钝化侧σm/-σ和εp最高处的一列孔洞长大速率最快,这些孔洞的聚合导致缺口前的延性起裂和裂纹沿该列孔洞路径的扩展,从而决定了材料的延性断裂韧性.锐化侧很低的σm/-σ和εp是孔洞不发生长大的原因.     

热轧钢延性损伤断裂过程各向异性的细观力学分析

对热轧钢中的长条形初始损伤孔洞承受不同方向最大正应力时的后续损伤演化和断裂的过程进行细观有限元分析.结果表明:热轧钢中的长条形夹杂物与基体剥离后形成的长条形孔洞在后续加载中,其周围产生的局部高应力应变集中及其相互作用使孔洞长大.孔洞长大行为存在明显的个体差异,个别大孔洞的快速长大和聚合对材料破坏起主导作用.当长条形孔洞承受不同方向的最大正应力加载时,孔洞周围产生的局部应力应变分布及其相互作用不同,孔洞长大速率及其聚合时的临界外加主应变不同,相应的材料延性起裂韧性不同.当最大正应力与孔洞长条平行时,韧性最高;垂直时,韧性最低.     

Mode I/II混合加载下缺口前初始孔洞的长大行为

文章对Mode I/II混合加载下缺口前初始孔洞的长大行为进行了有限元计算模拟。结果表明:ModeI/II混合加载下,缺口前端一侧钝化,一侧锐化。钝化侧的孔洞在外加载荷P/Pgy<0.2时没有长大;在0.2

0.8后快速长大,且长大速率随P/Pgy而增加。锐化侧的孔洞在整个加载范围内基本没有长大。整体孔洞面积分数随P/Pgy的增加源于钝化侧孔洞的长大。钝化侧较高的三向应力度σm/σ和εp等效塑性应变是其孔洞长大的主要原因。钝化侧σm/σ和εp最高处的一列孔洞长大速率最快,这些孔洞的聚合导致缺口前的延性起裂和裂纹沿该列孔洞路径的扩展,从而决定了材料的延性断裂韧性。锐化侧很低的σm/σ和εp是孔洞不发生长大的原因。     

准脆性材料的细观损伤演化模型

针对以缺陷密度为参量的细观损伤演化模型的局限性 ,着重研究了微裂纹尺寸对损伤演化的影响。提出了含三相正交分布等尺寸微裂纹的准脆性材料稳定扩展的细观损伤演化模型。给出了微裂纹特征尺寸随应力变化的显式表达式 ,并由此得到了含微裂纹的准脆性材料损伤本构关系。通过实例 ,对初始含有相同密度、不同尺寸和数量的微裂纹的两种混凝土材料在单向拉伸载荷下的损伤演化进行了数值计算和比较。结果证实 :含大尺寸微裂纹的材料损伤发展较快 ,相应地 ,加载到同一应力水平时 ,具有较大的应变     

裂纹深度对裂尖应力分布及韧性的影响

对C-Mn钢不同裂纹深度试样的有限元分析及力学实验的结果表明,在未出现延性裂纹的下转变区(-100℃),临界COD值δ_c随裂深度的增加而降低,在相同裂尖张开值时,浅裂纹裂端的三轴应力度明显低于深裂纹,表现为δ_c明显依赖于三轴应力度。解理的临界阶段为第二相尺寸的微裂纹向周围基体扩展的应力控制过程,为使裂端主应力提升至相同水平(δ_f),浅裂纹需要更大的裂尖张开值,这是浅裂纹试样具有较高韧性的内在原因。     

预应变对不同晶粒度合金钢缺口试样断裂行为的影响

对两种不同晶粒度的低合金高强钢(WCF-62)的试样在常温下获得均匀预应变后(0～20%),在-125 ℃下对预应变和未预应变的试样进行了四点弯曲试验,测量了宏观和微观力学参数,以及断口参数.并结合有限元计算所得的不同预应变条件下的缺口前端的应力应变场分布,分析了预应变对不同晶粒度低合金高强钢缺口试样断裂行为的影响.结果表明:粗晶和细晶材料在室温预应变3%后,缺口韧性有明显的降低,但是随预应变进一步增加,缺口韧性基本保持不变.原因是预应变3%后两种材料解理断裂都转变为起裂控制.     

基于多孔洞体胞模型的韧性材料损伤机制

分别采用含100、50和25个随机分布微孔洞体胞模型,对体胞内应力分布和孔洞长大规律进行统计分析,在此基础上讨论采用含25个随机分布微孔洞体胞模型作为宏观材料代表性单元(RVE)来研究材料损伤机制的合理性,并对变形过程中体胞内各微孔洞演化过程进行了研究.结果表明:由于体胞内微孔洞的随机分布,造成孔洞周围基体材料最大三轴应力参数增加,从而导致该孔洞的快速增长,并带动周围微孔洞快速增长,这种孔洞的快速长大链式反应导致在很短的时间材料内出现大量微孔洞,并聚合形成微裂纹,直至试样最后失效,该结果较清楚解释了韧性材料圆棒试样只在颈缩阶段才会产生大量的微孔洞的试验现象的原因.含随机分布多微孔洞体胞模型能够用于分析周期分布微孔洞体胞模型无法反映的体胞内微孔洞非均匀发展的过程,因此更适合于研究韧性材料的损伤破坏机制.     

金属成形中韧性断裂准则的细观损伤力学研究进展

随着韧性材料内细观损伤发展机制的深入研究,细观损伤力学在预测金属材料发生韧性断裂的过程中发挥着越来越重要的作用.与传统的宏观断裂力学不同,细观损伤力学侧重于研究材料内细观损伤的演化对于材料宏观断裂的影响.介绍了细观损伤力学发展的背景;阐述了细观损伤力学的研究现状;探讨了细观损伤力学发展过程中所面临的一些问题和应变梯度塑性理论对于细观损伤力学发展的推动作用.     

加载速度对低合金钢缺口试样解理断裂临界事件的影响

通过对低合金钢 (WCF 6 2 )在 - 10 0℃不同加载速度下的缺口试样四点弯曲 (4PB)实验及对断口和截剖金相试样的观察 ,研究了加载速度对低合金钢缺口试样解理断裂临界事件的影响 .结果表明 :加载速度从 30mm min增加到 5 0 0mm min时 ,解理断裂的临界事件由晶粒尺寸裂纹的扩展控制到扩展和起裂的混合控制再转变为起裂控制 ,其根本原因是材料的屈服应力σy 随加载速度的增加而升高 .临界事件随加载速度的变化决定了缺口韧性随加载速度的变化     

韧性断裂的微孔损伤理论分析

在连续损伤、等效应力和热力学的基础上 ,建立了广义的微孔损伤理论模型 ,并用于微孔长大和聚集的分析 理论分析表明 :微孔体积分数与等效应变成指数关系 ,三向应力对微孔的长大和聚集有很大的影响 笔者建立实验的模型和理论相比较 ,可以得到 :随着S值的降低 ,模型由理论模型逐渐转化为实验模型 ,S反映空洞间的相互作用 ,当S <0 .6 5时 ,随着二相粒子体积分数的增加 ,S值增加     

一个基于孔洞演化机制的韧性断裂预测模型

在韧性断裂中微观孔洞演化机制的基础上,提出了一个基于孔洞演化机制的非耦合型韧性断裂预测模型.模型充分考虑了两种典型的孔洞演化机制:孔洞的长大机制和孔洞的拉长扭转机制.该模型引入了三个具有不同物理意义的材料参数:材料对不同孔洞演化机制的敏感度、应力状态敏感度系数和材料的损伤阈值,并使用等效塑性应变增量表征其对韧性损伤累积过程的驱动作用.为了使模型可以更好地反映三维应力状态对材料韧性断裂性能的影响,将该模型从主应力空间转换到由应力三轴度、罗德参数和临界断裂应变构成的三维空间,得到了由模型确定的三维韧性断裂曲面,并研究了相关参数对三维韧性断裂曲面及平面应力二维韧性断裂曲线的影响.利用5083-O铝合金、TRIP690钢和Docol 600DL双相钢三个典型的轻质高强板材的韧性断裂数据验证了该模型对不同材料和不同应力状态的适用性和准确性.     

20g钢断裂性质的研究

本文实验测试了预应变对20g钢断裂韧性的影响.在弹塑性有限元数值分析的基础上,讨论了裂纹尖端张开位移与最大应变间的关系及预应变量ε_p对临界断裂应变的影响.同时,在Rice-Tracey空穴扩张模型的基础上,探讨了裂纹前方空穴形成的原因及主裂纹扩展的条件,分析了预应变量ε_p对20g钢断裂性质的影响.     

10Cr9Mo1VNbN耐热钢的动态断裂韧度研究

采用自制的仪器化冲击试验机，研究了１０Ｃｒ９Ｍｏ１ＶＮｂＮ钢在７７～９２３Ｋ的冲击韧度和动态断裂韧度．结果表明：在１０Ｃｒ９Ｍｏ１ＶＮｂＮ钢下平台温度范围内，缺口试样冲击能量的绝大部分用于裂纹萌生；在韧脆转变区及上平台范围内，裂纹扩展消耗大量的能量，断口的形貌观察证实了这一点．采用带预制疲劳裂纹的夏比冲击试样的示波冲击试验，可以测量材料的动态断裂韧度，并且它比冲击韧度能更敏感地反映材料脆性断裂趋势．动态断裂韧度值的变化与延伸带宽度、启裂区宽度和启裂区内韧窝尺寸有相同的趋势     

X65管线钢的动态断裂行为研究

采用热激活方法研究了X65管线钢的动态断裂韧性以及温度效应,研究结果表明：该材料的断裂韧性随加载速率提高而降低,存在由加载速率引起的韧脆转化,升高温度将使这一转化向高速区移动,通过热激活分析,获得了断裂激活能以及与温充和加载速率相关的定量化关系,该关系可以预测一定温度和速率范围的断裂韧性,同时在固定的速率下,该关系较好地预测了止裂韧性与温度的关系,从而为用小试样测试止裂韧性指出了可能性。     

冻融循环作用下泡沫和乳化沥青冷再生混合料损伤特性与细观机理

为了揭示冻融循环作用下泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律,设计了冻融循环试验方案,基于劈裂强试验、无侧限抗压强度试验、贯入剪切试验研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料力学性能的劣化影响,以工业CT无损检测技术为研究平台,研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料微细观空隙级配、空隙直径的影响规律。结果表明,冻融循环作用显著降低了泡沫/乳化沥青冷再生混合料的力学性能,总体上,泡沫沥青与乳化沥青冷再生混合料表现出了基本相同的力学性能,乳化沥青比泡沫沥青冷再生混合料有更好的抗损害性能。随着冻融循环次数增加,泡沫/乳化沥青冷再生混合料的平均空隙直径和最大空隙直径增大,大空隙数目增加,小空隙比例和空隙数目减小,随着平均空隙直径增大,泡沫/乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、贯入剪切强度均呈指数函数关系减小。冻融循环作用下,泡沫/乳化沥青冷再生混合料内部微空隙数目减少、平均空隙直径增大是其力学性能衰减的主要原因之一。     

Influence of sample preparation on nanoindentation results of twinninginduced plasticity steel

Nanoindentation is an attractive characterization technique,as it not only measures the local properties of a material but also facilitates understanding of deformation mechanisms at submicron scales.However,because of the complex stress-strain field and the small scale of the deformation under the nanoindenter,the results can be easily influenced by artifacts induced during sample preparation.In this work,a systematic study was conducted to better understand the influence of sample preparation methods on the nanoindentation results of ductile metals.All experiments were conducted on a steel(Fe-22Mn-0.65C,wt%)with twinning-induced plasticity(TWIP),which was selected for its large grain size and sensitivity to different surface preparation methods.By grouping the results obtained from each nanoindent,chemical polishing was found to be the best sample preparation method with respect to the resulting mechanical properties of the material.In contrast,the presence of a deformation layer left by mechanical polishing and surface damage induced by focused ion beam(FIB)scanning were confirmed by the dislocation-nucleation-induced pop-in events of nanoindentation.     

10Ni3MnCuAl 模具钢沉淀析出对其动态断裂韧性的影响

测定了沉淀硬化型模具钢１０Ｎｉ３ＭｎＣｕＡｌ在不同加载速率ｖ０下动态断裂韧性Ｋ１ｄ．试验结果表明,随着ｖ０的提高,Ｋ１ｄ降低．ＳＥＭ断口观察揭示,随冲击加载速率的提高,断口形式由韧窝准解理逐渐转变为沿晶准解理形貌．理论研究结果表明,Ｋ１ｄ与裂纹尖端塑性区内参与微裂纹形核的第二相粒子有关．被激活而参与微观断裂的沉淀析出物越多,Ｋ１ｄ越小．透射电镜的微结构分析显示,标准时效（４ｈ）或初时效（１０ｍｉｎ）状态下,其沉淀析出物为大量弥散的金属间化合物Ａｌ３Ｎｉ．沉淀析出物的数量、形态及尺寸分布是影响动态断裂韧性的主要原因．