应力状态与断裂应变关系纯铜材料试验与数值计算分析复习过程Word文件下载.docx

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T2纯铜单轴拉伸试验数值模拟应力三轴度断裂应变

万方数据

OnreIationbetweenstressstateandfracturestrain—

experimntalandnlJll悟ricaIofpurecopperPIareswithhole

ABSTRACT

Inthispaper，Aseriesspecimens（smoothroundspecimens，center-holeplateswithdifferentthicknessesanddiametersofhole）weretestedunderuniaxialtensileforsearchingthefracturestrainofsmoothspecimensandthe

oneunderstresstriaxialitycloseto1／3

Monitoredunderthemicroscopicobservationsystem，thecenter-holespecimensaretensileloadedtothreestagesrespectivelytodecidewhereandwhenthefracturesinitiate：

Stretchuptofracturesinitiate；

Stretchuptoobviouscracksappear；

Stretchuptofracturecompletely．Thesetestswereaimedtorevealingthecrackgrowthtrend．Scanningthespecimensfracturetofindoutthedifferenceamongdifferentstressstatesbyelectronmicroscopescanningsystem．

Numericalstudyandmicroscopicobservationswereperformedtodecidethevalueofstresstriaxialityandequivalentstraintofractureofthefractureinitiationfromthespecimens（Referencetopaper[12]experimentalobservationsofsmoothplates，notchedhollowroundspecimensandnotchedsolidroundspecimens）．Onthisbasis，furtherinvestigationscomparingwithsmoothspecimenundertensionwerecarriedontoresearchtherelationbetweenstress

triaxialityandfracturestrainofamaterial．Theresultsshowthat：

（1）The

center-holespecimensfractureinitiatedatthesamelocation，whichisat

III

minimumcrosssectionwithroundholeneartheborder；

（2）Equivalentstraintofractureincreasewithstresstriaxiality,whichisseemlydifferentfromtheductilefracturelawconcludedfromvoidmodels；

（3）Theactualdeformationontheholesurfaceisveryinhomogeneous，whichissignificantlyhigherthanthevalueaccordingtothecalculationsbycontinuummechanicsmethods．

Keyword：

T2copper；

uniaxialtensileexperiments；

numericalsimulation；

stresstriaxiality；

fracturestrain

摘要I

ABSTRACTIII

目录V

第一章绪论．．1

1．1问题的提出和意义1

1．2国内外研究的现状和历史综述．3

1．3本文研究的主要内容．6

第二章材料本构关系参数的确定（T2纯铜）7

2．1引言7

2．2实心光滑圆棒试样试验7

2．2．1试验准备．7

2．2．2光滑圆棒试验一9

2．3确定材料在单轴拉伸荷载下的弹塑性参数l0

2．4光滑圆棒试样数值计算分析．．14

2．5本章小结一15

第三章孔板试样单轴拉伸破坏试验．．16

3．1引言16

3．2孔板试样试验与结果分析．．16

3．2．1试验的材料及其力学性能16

3．2．2孔板试样几何尺寸l7

3．2．3孔板试样的拉伸试验19

3．2．4孔板试样试验结果分析20

3．3本章小结．23

第四章试样的起裂与断口分析．．24

4。

1引言24

4．2观察试样起裂点和断口的准备．．24

4．2．1光滑试样（光滑圆棒和平板试样）的观察准备工作．．24

4．2．2孔板试样的观察准备工作25

4．3确定试样的起裂点及分析裂纹扩展和断口形貌26

4．3．1光滑试样起裂点的确定以及断口分析．26

4．3．2孔板试样起裂点及裂纹扩展趋势的确定及断口分析．．28

4．4本章小结．34

第五章数值计算——试样模型的建立．．355．1引言．35

5．2各试样有限元模型的建立．．35

5．3数值计算与试验结果的比较．．39

5．4本章小结．41

第六章结合试验与数值计算分析应力状态对破坏的影响42

6．1引言42

6．2应力状态以及应力状态参数．．42

6．3光滑试样和实心缺口棒等试样的模拟分析43

6．3．1光滑试样与缺口棒试样起裂点及起裂时刻的确定．．43

6．3．2光滑试样与缺口棒试样的应力状态分析（起裂时刻）一44

6．4孔板试样数值模拟分析．．46

6．4．1孔板试样拉伸过程中起裂点应力三轴度的变化．．46

6．4．2应力状态参数和应变沿着厚度方向、韧带方向的分布．．46

6．5应力三轴度与材料的断裂应变关系的分析49

6．5．1试样的断裂应变与应力三轴度的获取与分析．．49

6．5。

2孔板试样的分析52

6．6本章小结．53

第七章总结与展望．54

7．1全文工作总结．54

7．2全文主要结论总结．54

7-3不足与展望．55

参考文献．．56

致谢．．6l

攻读硕士期间参加的科研项目和发表论文63

应力状态与断裂应变关系一纯铜材料试验与数值计算分析

第一章绪论

1,1问题的提出和意义

在实际工程中，各种构件在制造或使用过程中都不可避免地会产生裂纹，直接威胁着结构的安全与使用，而材料的开裂问题一直被诸多学者研究。

韧性材料在外力作用下，在破坏前具有较为明显变形的特征。

韧性是衡量材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。

材料的开裂位置和破坏机制与材料内部呈现的应力状态有关。

为了反映和描述

材料内部的应力状态，人们引入了很多的参数指标，如应力梯度【1’2】、应力三轴度R和Lode[3J参数∥。

等，表达式如下：

B：

里（1一1）

00m2——‘_（1-2）

—00l+仃2+仃3

（1-3）

心：

—2002-o—'

1-o'

3（卜4）

仃1一仃3

式中：

盯。

是静水应力；

仃是等效应力；

00，、00，和叽分别是第一主应力、第二主应力和第三主应力。

应力梯度和应力三轴度都是影响韧性材料起裂（影响材料微孔洞的演化【4'

5】）的重要

因素，应力三轴度可以反映材料在受力过程中的塑性变形程度，而Lode参数用来反映材料的变形形式（影响孔洞形状的改变）。

韧性断裂用来描述材料在断裂前的变形能力。

而等效断裂应变是韧性断裂的一个很好的评估指标。

很早人们就发现韧性材料的断裂与三轴应力作用下材料中微孔洞的形核、长大和聚合有关。

McClintock[6】、Rice和Traceyt4】分别通过研究长柱孔洞和球形孔洞的成长过程，试图用含微孔洞材料体胞模型分析来解释材料的韧性断裂机理。

他们发现，相同等效应变情形下远场应力三轴度越大则微孔洞长得越大；

由于微孔洞长大与孔洞周围局部应变有关，因此得出较大的应力三轴度导致较小的断裂应变的结论。

而Gurson[7]通过体胞模型分析导出了描述韧性材料微孔洞体积分数、塑性应变与三轴应力