本文關鍵詞：金屬塑性材料拉伸過程的細觀模擬與聲發(fā)射特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬塑性材料的形變與斷裂是石油化工設備中常見的失效形式。實際金屬塑性材料在成形、加工和使用過程中往往會產(chǎn)生各種微觀缺陷，材料的宏觀力學性能很大程度上取決于其內部缺陷的發(fā)展。將細觀與宏觀研究方法相結合，建立相應的宏細觀破壞理論是固體力學的發(fā)展趨勢。材料的聲發(fā)射過程是同力學過程及材料內部結構演化相統(tǒng)一的伴生現(xiàn)象，經(jīng)過多年的發(fā)展與完善，聲發(fā)射技術已經(jīng)成為材料研究的有效工具。應用聲發(fā)射技術來描述金屬塑性材料在加載過程中微孔洞缺陷的損傷演化過程，對于深入了解材料損傷行為、評定材料性能及結構安全可靠性具有理論和現(xiàn)實意義。 本文結合黑龍江省自然科學基金項目《金屬構件低周疲勞細觀損傷機理及聲發(fā)射評價方法研究》，以金屬材料中存在的微孔洞缺陷為出發(fā)點，在細觀損傷力學理論模型及材料微孔洞損傷演化過程的聲發(fā)射特性基礎上，開展金屬塑性材料聲發(fā)射量化評價方法的研究。以Q345鋼和20鋼Φ8mm圓棒缺口試件拉伸損傷斷裂過程為例，采用聲發(fā)射測試技術，，獲取材料從屈服到斷裂失效過程的聲發(fā)射信息。應用ABAQUS有限元軟件，以Gurson-Tvergaard-Needleman細觀損傷模型為對象，分析缺口試件拉伸斷裂過程細觀損傷參量的數(shù)值演化情況，得到材料孔洞擴張比的數(shù)值解。結合聲發(fā)射測試實驗和數(shù)值模擬結果，建立基于孔洞擴張比為損傷變量的金屬塑性材料聲發(fā)射累積撞擊計數(shù)量化評價公式。 金屬塑性材料的細觀損傷機理是微孔洞形核、長大及匯合的過程。實驗表明，聲發(fā)射累積撞擊計數(shù)變化直接對應著材料的不同損傷階段�？锥磾U張比是建立在金屬塑性材料微孔洞損傷基礎上的細觀力學參數(shù)，是聯(lián)系細觀損傷特征與宏觀力學參數(shù)之間的橋梁，孔洞擴張比的變化就直接反映著材料的劣化狀態(tài)。數(shù)值模擬得到了Q345鋼和20鋼試件缺口前端不同損傷狀態(tài)下的孔洞擴張比數(shù)值演化規(guī)律。通過構建聲發(fā)射累積撞擊計數(shù)與孔洞擴張比之間的函數(shù)關系，得出金屬塑性材料從屈服到斷裂過程分為線性損傷和非線性損傷兩個階段，并確定了Q345鋼和20鋼損傷臨界轉變點的聲發(fā)射累積撞擊計數(shù)值。這一臨界轉變值可以作為材料損傷臨界狀態(tài)的聲發(fā)射識別特征及安全評定閾值。
【關鍵詞】：細觀損傷力學 聲發(fā)射 Gurson-Tvergaard-Needleman模型 孔洞擴張比 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TG115.52
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 創(chuàng)新點摘要7-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究目的與意義10-11
• 1.2 國內外研究和發(fā)展現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 金屬塑性材料損傷研究的宏細觀背景11-12
• 1.2.2 細觀損傷力學模型的發(fā)展及應用12-15
• 1.2.3 聲發(fā)射在韌性損傷斷裂中的應用15-16
• 1.3 本文的主要研究內容16-17
• 第二章 金屬塑性材料細觀損傷力學模型與聲發(fā)射源機制17-28
• 2.1 金屬塑性材料的微孔洞損傷機理17-18
• 2.2 GTN 細觀損傷模型18-21
• 2.2.1 Gurson 模型本構方程18-19
• 2.2.2 GTN 模型本構方程19-20
• 2.2.3 GTN 模型的微孔洞演化規(guī)律20-21
• 2.2.4 GTN 模型的特點及參數(shù)的選取21
• 2.3 臨界孔洞擴張比理論21-24
• 2.3.1 臨界孔洞擴張比判據(jù)22-23
• 2.3.2 臨界孔洞擴張比判據(jù)的應用23-24
• 2.4 金屬塑性材料宏細觀損傷過程的聲發(fā)射源機制24-26
• 2.4.1 韌性損傷過程聲發(fā)射源機制24
• 2.4.2 聲發(fā)射信號特性參量24-26
• 2.4.3 細觀損傷變量與聲發(fā)射特征參量關系26
• 2.5 本章小結26-28
• 第三章 金屬塑性材料缺口試件聲發(fā)射特性實驗研究28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 金屬塑性材料缺口拉伸試件聲發(fā)射測試實驗28-33
• 3.2.1 圓棒缺口拉伸試件28-29
• 3.2.2 實驗系統(tǒng)及聲發(fā)射參數(shù)設置29-31
• 3.2.3 缺口試件的真實應力應變曲線31-33
• 3.3 聲發(fā)射測試實驗結果分析33-35
• 3.3.1 Q345 鋼聲發(fā)射實驗結果及分析33-34
• 3.3.2 20 鋼聲發(fā)射實驗結果分析34-35
• 3.3.3 兩種材料聲發(fā)射實驗結果對比分析35
• 3.4 斷口宏細觀形貌分析及臨界孔洞擴張比計算35-40
• 3.4.1 Q345 鋼斷口宏細觀形貌36-38
• 3.4.2 20 鋼斷口宏細觀形貌38-39
• 3.4.3 材料臨界孔洞擴張比計算39-40
• 3.5 本章小結40-41
• 第四章 金屬塑性材料細觀損傷數(shù)值分析及聲發(fā)射量化評價41-55
• 4.1 引言41-42
• 4.2 金屬塑性材料缺口試件的細觀損傷數(shù)值分析42-50
• 4.2.1 細觀損傷模型的建立42-43
• 4.2.2 數(shù)值計算結果與分析43-49
• 4.2.3 數(shù)值分析結果對比49-50
• 4.3 孔洞擴張比 VG的數(shù)值分析結果50-51
• 4.4 基于聲發(fā)射累積撞擊計數(shù)與孔洞擴張比 VG經(jīng)驗公式51-53
• 4.4.1 Q345 鋼缺口試件聲發(fā)射評價經(jīng)驗公式51-52
• 4.4.2 20 鋼缺口試件聲發(fā)射評價經(jīng)驗公式52-53
• 4.5 本章小結53-55
• 結論與展望55-57
• 參考文獻57-60
• 發(fā)表文章目錄60-62
• 致謝62-63
• 詳細摘要63-74

【參考文獻】

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本文編號：367995