發(fā)布時間：2021-08-15 05:54

　　固體在沖擊拉伸載荷作用下會斷裂成多個碎片,基于線性內(nèi)聚力斷裂假設(shè)的Mott-Grady模型能較好地預(yù)測碎裂過程產(chǎn)生的平均碎片尺度的下限。而實際上韌性金屬的損傷演化是多元化的,Mott卸載波對韌性碎裂也會產(chǎn)生影響。本文通過數(shù)值模擬研究了不同的損傷演化規(guī)律、斷裂能和Mott卸載波對韌性碎裂過程的影響。利用液壓膨脹環(huán)實驗裝置對1060-O純鋁圓環(huán)進(jìn)行一維動態(tài)拉伸碎裂實驗,分析實驗現(xiàn)象及結(jié)果。利用ABAQUS/Explicit動態(tài)有限元數(shù)值再現(xiàn)了韌性金屬桿（45#鋼）在高應(yīng)變率下拉伸碎裂的過程,分析了線性和非線性損傷演化對韌性碎裂過程的影響規(guī)律。數(shù)值結(jié)果表明:損傷演化規(guī)律對韌性金屬碎裂過程具有顯著影響,非線性指標(biāo)?越大,碎裂過程產(chǎn)生的碎片數(shù)越少;Grady-Kipp碎裂公式仍能在一定范圍內(nèi)較好地預(yù)測韌性碎裂過程中產(chǎn)生的碎片的平均尺度;當(dāng)非線性指標(biāo)?遠(yuǎn)大于0（即材料的粘滯性較大）時,損傷演化規(guī)律對韌性碎裂的影響具有顯著的率敏感性,應(yīng)變率越低,數(shù)值結(jié)果和理論分析偏差越大,但此偏差在不考慮應(yīng)變率效應(yīng)時表現(xiàn)的不明顯。利用數(shù)值模擬實現(xiàn)了1060-O純鋁圓環(huán)在給定初始速度下自由膨脹的過程,分析了不同斷裂能... 

【文章來源】：寧波大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Mott有關(guān)卸載波理論的示意圖[4,5]

斷裂能及損傷演化對韌性碎裂的影響-4-波，彈性波速為Ec/，其傳播路徑為ctx；另一種是在塑性區(qū)域的卸載波的傳播。為了研究卸載波在塑性區(qū)域的傳播過程，Mott建立了一個維理想彈塑性本構(gòu)下的應(yīng)力桿理論模型。桿的截面為單位橫截面，在恒定應(yīng)變率的拉伸作用下已經(jīng)發(fā)生了塑性應(yīng)變，其內(nèi)部處于塑性流動狀態(tài)，此時的應(yīng)力為塑性流動應(yīng)力c，也為斷裂臨界應(yīng)力。在Lagrangian坐標(biāo)系中，假設(shè)斷口坐標(biāo)為h0，如圖1.1(b)。當(dāng)桿一旦發(fā)生斷裂，斷口產(chǎn)生向外傳播的Mott卸載波的傳播波陣面將桿分為兩個區(qū)域：a)卸載波傳播過的區(qū)域發(fā)生剛性卸載，為剛性卸載區(qū)，即為剛性體(RigidBody)，其內(nèi)部應(yīng)力0，質(zhì)點速度為txv；b)卸載波陣面未經(jīng)過的區(qū)域為塑性流動區(qū)域(PlasticFlowZone)，其內(nèi)部應(yīng)力c，表示其依舊受著臨界應(yīng)力c的均勻拉伸作用，產(chǎn)生塑性應(yīng)變，質(zhì)點速度為hv。圖1.2桿件在Mott卸載波傳播過程中其內(nèi)部的應(yīng)力和速度的分布圖Fig.1.2DistributionchartofStressandVelocityinabarduringMottunloadingwavepropagation如圖1.2所示，斷口發(fā)生斷裂時，t=0；斷裂發(fā)生后，t>0，此刻桿內(nèi)部的速度和應(yīng)力分布情況如上圖所示；x(t)為Mott卸載波的傳播位置；y(t)為斷口張開位移(CrackOpening)。速度場定義如下：0)(0,hhtxtxhhtxthv(1.1)

斷裂能及損傷演化對韌性碎裂的影響-6-1.2.2Grady-Kipp改進(jìn)的碎裂理論Grady和Kipp等人對Mott的理論作了補(bǔ)充和改進(jìn)，其認(rèn)為材料的碎裂是一個與內(nèi)聚能相關(guān)的碎裂過程，并假設(shè)了斷口張開的距離coh與斷口處材料的應(yīng)力coh成線性關(guān)系，及隨著斷口張開距離的增大，斷口應(yīng)力從初始值c從線性下降為0。圖1.3改進(jìn)的剛塑性卸載(Grady-Kipp)分析模型和材料的線性內(nèi)聚斷裂模型[6,7]Fig.1.3Improvedrigidplasticunloading(Grady-Kipp)analysismodelandlinearcohesivefracturemodel如圖1.3所示，直線下方的面積為單位斷裂面(包含兩個斷裂面)的內(nèi)聚能Gc，我們得到coh與coh的關(guān)系表達(dá)式：cccccohccohG2,1(1.6)其中δc為斷口完全斷裂時斷口擴(kuò)展張開的距離。對平衡方程(1.2)式的兩端分別進(jìn)行積分求解，積分區(qū)間為0txh，積分區(qū)域兩端的邊界條件為：cohcohh0，ctxh，積分后結(jié)果如下：tGdttdxtxcohcc22(1.7)在裂紋擴(kuò)展運動期間，位移tx表達(dá)式為：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]PMMA膨脹環(huán)動態(tài)拉伸碎裂實驗研究[J]. 李天密,張佳,方繼松,劉麗芝,鄭宇軒,周風(fēng)華.  力學(xué)學(xué)報. 2018(04)
[2]立式液壓膨脹環(huán)實驗技術(shù)研究[J]. 張佳,鄭宇軒,周風(fēng)華.  寧波大學(xué)學(xué)報(理工版). 2017(02)
[3]固體的沖擊拉伸碎裂[J]. 鄭宇軒,周風(fēng)華,胡時勝,余同希.  力學(xué)進(jìn)展. 2016(00)
[4]動態(tài)碎裂過程中的最快速卸載現(xiàn)象[J]. 鄭宇軒,周風(fēng)華,余同希.  中國科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2016(04)
[5]一種基于SHPB的沖擊膨脹環(huán)實驗技術(shù)[J]. 鄭宇軒,周風(fēng)華,胡時勝.  爆炸與沖擊. 2014(04)
[6]一種新型爆炸膨脹環(huán)實驗裝置[J]. 湯鐵鋼,劉倉理.  實驗力學(xué). 2013(02)
[7]韌性材料的高應(yīng)變率拉伸碎裂過程及材料參數(shù)影響[J]. 鄭宇軒,胡時勝,周風(fēng)華.  固體力學(xué)學(xué)報. 2012(04)
[8]韌性金屬圓環(huán)高速膨脹碎裂過程的有限元模擬[J]. 陳磊,周風(fēng)華,湯鐵鋼.  力學(xué)學(xué)報. 2011(05)
[9]爆炸膨脹環(huán)實驗數(shù)據(jù)處理方法討論[J]. 湯鐵鋼,桂毓林,李慶忠,陳永濤,童慧峰,劉倉理.  爆炸與沖擊. 2010(05)
[10]脆性固體碎裂過程中的最快卸載特性[J]. 周風(fēng)華,郭麗娜,王禮立.  固體力學(xué)學(xué)報. 2010(03)

博士論文
[1]電磁加載下金屬膨脹環(huán)的動態(tài)斷裂與碎裂研究[D]. 桂毓林.中國工程物理研究院 2007

碩士論文
[1]基于SHPB的液壓膨脹環(huán)實驗研究[D]. 張佳.寧波大學(xué) 2017



本文編號：3343986