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

1、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HOn re I at i on between stress state and fracture stra i nexper imntal and nlJll悟r icaI of pure copper PIares with holeABSTRACTIn this paper，A series specimens（smooth round specimens，center-hole plates with different thicknesses and diameters of hole）were tested under uni

2、axial tensile for searching the fracture strain of smooth specimens and theone under stress triaxiality close to 13Monitored under the microscopic observation system，the center-hole specimens are tensile loaded to three stages respectively to decide where and when the fractures initiate：Stretch up t

3、o fractures initiate；Stretch up to obvious cracks appear；Stretch up to fracture completelyThese tests were aimed to revealing the crack growth trendScanning the specimens fracture to find out the difference among different stress states by electron microscope scanning systemNumerical study and micro

4、scopic observations were performed to decide the value of stress triaxiality and equivalent strain to fracture of the fracture initiation from the specimens（Reference to paper1 2experimental observations of smooth plates，notched hollow round specimens and notched solid round specimens）On this basis，

5、further investigations comparing with smooth specimen under tension were carried on to research the relation between stresstriaxiality and fracture strain of a materialThe results show that：（1）Thecenter-ho le specimens fracture initiated at the same location，which is atIIIminimum cross section with

6、round hole near the border；（2）Equivalent strain to fracture increase with stress triaxiality,which is seemly different from the ductile fracture law concluded from void models；（3）The actual deformation on the hole surface is very inhomogeneous，which is significantly higher than the value according t

7、o the calculations by continuum mechanics methodsKeyword：T2 copper；uniaxial tensile experiments；numerical simulation；stress triaxiality；fracture strain摘要 IABSTRACT III目录 V第一章绪论 111问题的提出和意义 112国内外研究的现状和历史综述 313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） 721引言 722实心光滑圆棒试样试验 7221试验准备 7222光滑圆棒试验 一923确定材料在单轴拉伸荷载下的弹塑

8、性参数 l 024光滑圆棒试样数值计算分析 1425本章小结 一15第三章孔板试样单轴拉伸破坏试验 1 631引言 1632孔板试样试验与结果分析 1 6321试验的材料及其力学性能 1 6322孔板试样几何尺寸 l 7323孔板试样的拉伸试验 19324孔板试样试验结果分析 2033本章小结 23第四章试样的起裂与断口分析 244。1引言 2442观察试样起裂点和断口的准备 24421光滑试样（光滑圆棒和平板试样）的观察准备工作 24422孔板试样的观察准备工作 2543确定试样的起裂点及分析裂纹扩展和断口形貌 26431光滑试样起裂点的确定以及断口分析 26432孔板试样起裂点及裂纹扩展趋

9、势的确定及断口分析 2844本章小结 34V第五章数值计算试样模型的建立 35 51引言 3552各试样有限元模型的建立 3553数值计算与试验结果的比较 3954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 4261引言 4262应力状态以及应力状态参数 4263光滑试样和实心缺口棒等试样的模拟分析 43631光滑试样与缺口棒试样起裂点及起裂时刻的确定 43632光滑试样与缺口棒试样的应力状态分析（起裂时刻） 一4464孔板试样数值模拟分析 46641孔板试样拉伸过程中起裂点应力三轴度的变化 46642应力状态参数和应变沿着厚度方向、韧带方向的分布 4665应力三轴度与材料

10、的断裂应变关系的分析 49651试样的断裂应变与应力三轴度的获取与分析 4965。2孔板试样的分析 5266本章小结 53第七章总结与展望 5471全文工作总结 5472全文主要结论总结 547-3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 63V1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

11、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【12】、应力三轴度R和 Lode3J参数。等，表达式如下：B：里 （1一1）0000m 2_ （1-2）00l+仃2+仃3j（1-3）心：2002-o1-o3 （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【45】）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

12、）。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。McClintock6】、 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 Gurson7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相关的塑性本构模型。该模型经

13、Tvergarrd和Needleman改进（称为GTN模型）81，以 微孔洞体积分数表征材料损伤的变量，当其达到某个极限时判定材料发生破坏。该模型厂西大字硕士掌位论文 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一_也给出较大应力三轴度导致较小断裂应变的结论。类似研究有很多，结论大致相同。但 支持该结论的依据基本都是从轴对称（光滑圆棒或缺口圆棒）试样拉伸破坏试验得到的。 而Bao和Wierzbicki的研究9】利用了非轴对称试样，所得结果发现并非总是较大应力三 轴度导致较小断裂应变。聂义珠10】通过中心带孔铜板试样的拉伸试验，也发现应力三轴 度的提高并不都会造成断裂应变减小。张丽敏等【11】纯铝平板缺口拉伸破坏试验和李柳等unJ