本文關(guān)鍵詞：GTN模型的算法研究、程序開發(fā)及試驗驗證，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬材料的韌性斷裂過程一般要經(jīng)歷三個階段,即在一定條件下,微孔洞的逐漸長大、慢慢形核以及最終聚合,這一轉(zhuǎn)變過程導(dǎo)致了材料宏觀裂紋的萌生和斷裂。1975年,Gurson提出細觀模型,后經(jīng)Tvergaard和Needleman進一步修正,形成GTN細觀損傷模型。但原Gurson細觀損傷模型沒有考慮不連續(xù)微孔洞的影響,不能預(yù)測孔洞之間的頸縮現(xiàn)象。因此,本文從數(shù)值積分算法著手,在原GTN細觀損傷模型的基礎(chǔ)上引入塑性極限載荷模型,研究材料的損傷演化及斷裂失效過程。為了研究高導(dǎo)無氧銅(OFHC)材料在單軸拉伸條件下的斷裂破壞過程,本論文進行了如下研究工作:1.基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)細觀損傷模型的本構(gòu)理論,根據(jù)向后Euler完全隱式積分算法,以及彈性預(yù)測-塑性校正方法,離散數(shù)值積分公式,更新應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,詳細推導(dǎo)相應(yīng)的一致切線剛度矩陣,提出數(shù)值算法的實現(xiàn)思路。以孔洞聚合時的臨界孔隙率cf為橋梁,將塑性極限載荷模型和GTN細觀損傷模型相結(jié)合。編寫大型有限元軟件ABAQUS/STANDARD的用戶自定義材料子程序UMAT,實現(xiàn)修正的GTN細觀損傷模型在有限元環(huán)境中的應(yīng)用。2.利用高導(dǎo)無氧銅(OFHC)材料加工成的光滑和缺口圓棒試樣,進行單軸拉伸試驗,獲取載荷-位移曲線。由光滑圓棒試樣得到的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變曲線,確定楊氏模量、初始屈服應(yīng)變、屈服極限及強度極限;對于塑性屈服后的硬化部分,采用Ramberg-Osgood硬化準則進行擬合,確定硬化系數(shù)以及硬化指數(shù)。3.建立缺口圓棒試樣的軸對稱有限元計算模型,選用八節(jié)點軸對稱縮減積分單元(CAX8R),采用嵌入了UMAT的ABAQUS軟件進行計算。根據(jù)前人的研究經(jīng)驗及方法,并結(jié)合單軸拉伸試樣的試驗和數(shù)值預(yù)測結(jié)果,通過綜合對比分析,最終確定修正的GTN細觀損傷模型損傷參數(shù)。4.根據(jù)已確定的損傷參數(shù),采用用戶自定義材料子程序UMAT,實現(xiàn)修正的GTN細觀損傷本構(gòu)模型在有限元軟件ABAQUS環(huán)境中的應(yīng)用。對缺口圓棒試樣,進行數(shù)值模擬斷裂失效預(yù)測,預(yù)測結(jié)果與試驗曲線基本吻合,驗證了該模型的有效性,該方法的合理性和可行性。5.分析了裂紋萌生點的位置和擴展路線、應(yīng)力三軸度沿著最小橫截面的變化、以及斷裂區(qū)損傷演化規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),裂紋萌生點最早產(chǎn)生于缺口試樣的中間位置,不久之后,載荷急劇下降;缺口圓棒試樣的中間位置應(yīng)力三軸度最高,而在自由邊附近最低。這主要是因為,由于塑性變形的增大,孔洞體積分數(shù)也隨之增加,當(dāng)達到塑性極限載荷時,微孔洞開始聚合,孔洞體積分數(shù)由f變成f*,并急劇增大,當(dāng)f*增加到一定程度時,缺口試樣中間位置的裂紋開始萌生。裂紋萌生的加快和長大,造成微孔洞的急劇增大,促使載荷快速下降,材料的承載能力降低,當(dāng)損傷程度積累到材料的極限值時,斷裂失效現(xiàn)象產(chǎn)生。
【關(guān)鍵詞】：GTN模型 數(shù)值算法 損傷斷裂 有限元法 OFHC
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG113
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符號說明11-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3 本文主要工作20-21
• 第2章 GTN細觀損傷模型的基本理論與數(shù)值算法實現(xiàn)21-43
• 2.1 引言21
• 2.2 Gurson細觀損傷模型21-23
• 2.3 Gurson-Tvergaard-Needleman（GTN）細觀損傷模型23-24
• 2.4 塑性各向同性強化模型24-25
• 2.5 塑性極限載荷模型（Plastic Limit-Load Model）25-26
• 2.6 GTN細觀損傷本構(gòu)模型數(shù)值算法實現(xiàn)26-42
• 2.6.1 GTN細觀損傷模型本構(gòu)方程離散26-29
• 2.6.2 一致切線剛度矩陣29-38
• 2.6.3 數(shù)值算法的實現(xiàn)步驟38-42
• 2.7 小結(jié)42-43
• 第3章 缺口試樣單軸拉伸試驗研究43-53
• 3.1 試驗取材及試樣設(shè)計43-46
• 3.2 試驗方法46-47
• 3.3 試驗現(xiàn)象47-49
• 3.4 光滑圓棒試驗結(jié)果49-50
• 3.5 缺口圓棒試驗結(jié)果50-52
• 3.6 小結(jié)52-53
• 第4章 試驗結(jié)果數(shù)值模擬分析53-67
• 4.1 有限元建模53-54
• 4.2 修正的GTN細觀損傷模型參數(shù)確定54-56
• 4.3 修正的GTN細觀損傷模型數(shù)值模擬預(yù)測56-65
• 4.3.1 缺口試樣裂紋萌生預(yù)測56-61
• 4.3.2 應(yīng)力三軸度的變化過程61-63
• 4.3.3 孔洞體積分數(shù)f的演化規(guī)律63-65
• 4.4 小結(jié)65-67
• 第5章 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-69
• 附錄A69-73
• 參考文獻73-76
• 致謝76-78
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項目和成果78

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳志英;劉林強;董湘懷;;基于不同強化模型的GTN損傷模型及其在板料回彈有限元分析中的應(yīng)用[J];工程力學(xué);2012年07期

2 ;STOCHASTIC ELASTO-PLASTIC FRACTURE ANALYSIS OF ALUMINUM FOAMS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2009年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳志英;沖壓成形中破裂和回彈的細觀損傷力學(xué)分析[D];上海交通大學(xué);2009年

2 周俊;微電子封裝中無鉛焊料的損傷模型和失效機理研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2007年

3 劉德福;光纖連接器端面研磨拋光機理與規(guī)律研究[D];中南大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 王偉;沖擊載荷作用下混凝土彈塑性損傷行為數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2011年

2 史一劍;考慮微觀GTN損傷模型的建筑鋼材力學(xué)性能研究[D];北京交通大學(xué);2013年

3 靳麗莉;基于修正的GTN模型分析韌性材料的細觀循環(huán)損傷[D];廣西大學(xué);2012年

4 劉文濤;考慮混合強化準則的GTN損傷模型[D];北京交通大學(xué);2014年

5 蘇超;鋼結(jié)構(gòu)厚板力學(xué)性能及損傷機理研究[D];北京交通大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：GTN模型的算法研究、程序開發(fā)及試驗驗證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：398180