隨著現(xiàn)代航空航天、軍事、核工業(yè)反應(yīng)堆等的飛速發(fā)展,金屬材料抵抗斷裂性能的要求也越來越高,尤其是對動態(tài)斷裂性能的要求。金屬材料動態(tài)斷裂行為的研究涉及到斷裂力學(xué)、材料力學(xué)、動力學(xué)和材料科學(xué)等多門學(xué)科間的交叉與綜合。目前,動態(tài)斷裂力學(xué)還沒有形成較完善的理論體系,同時由于試驗裝置及試驗技術(shù)的限制,使得動態(tài)斷裂力學(xué)理論研究發(fā)展比較緩慢。文獻(xiàn)中查閱到的一些測試方法及理論都存在著一些缺陷甚至錯誤,不能夠成為工程應(yīng)用中的評價標(biāo)準(zhǔn)。因此,研究材料的動態(tài)斷裂行為具有十分重要的現(xiàn)實工程意義。本文對金屬材料20CrMnTi在沖擊荷載作用下的動態(tài)斷裂行為進(jìn)行研究,研究工作如下:本文首先介紹了斷裂力學(xué)的一些基本理論,包括線彈性斷裂理論和彈塑性斷裂理論,為下文動態(tài)斷裂韌性的研究提供理論基礎(chǔ)。然后對預(yù)制裂紋的標(biāo)準(zhǔn)夏比沖擊試樣進(jìn)行示波沖擊試驗,基于柔度變化率方法,結(jié)合在示波沖擊試驗下得到的載荷位移關(guān)系曲線,計算出20CrMnTi在擺錘沖擊作用下的裂紋起裂點。再依據(jù)試驗獲得的載荷位移關(guān)系曲線、能量位移關(guān)系曲線,通過Schindler方法、關(guān)鍵曲線法和J積分迭代法分別計算出動態(tài)裂紋擴(kuò)展阻力曲線,結(jié)果對比表明,使用J積分迭代... 

【文章來源】：貴州大學(xué)貴州省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

三種基本斷裂模型

圖 1.2 夏比擺錘沖擊實驗裝置Fig.1.2 Charpy pendulum impact test device（2） 落錘試驗機(jī)落錘實驗機(jī)由落錘從不同高度自由落體落下沖擊被測物體，根據(jù)物體被沖斷錘所在高度判斷被測物體的抗沖擊韌性，落錘下落距離越大表明材料的抗沖擊能越好。由能量守恒定律可知，落錘的沖擊速度由落錘的初始下落高度決定，一般情下，沖擊速度在 5-15m/s 范圍內(nèi)，應(yīng)變率ε 一般取值為 102-103s-1。依據(jù)不同的加載速率和試驗方法，測試動態(tài)斷裂韌性ID的試驗裝置有多種，比較常用的是擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)和落錘試驗機(jī)，在三點彎曲試驗裝置中，我們過貼在壓頭上的應(yīng)變片采集應(yīng)變信號，由應(yīng)變值轉(zhuǎn)化為外加載荷的大小。STM 標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)為試件在沖擊過程中處于平衡狀態(tài)，也就是說施加載荷和支座反

用來加載一些含裂紋試樣[11]。隨著實驗裝置和測試技術(shù)的不斷提升，現(xiàn)在儀器的基本構(gòu)造示意圖如圖 1.3 所示。Hopkinson 壓桿裝置的核心部分是兩段彈性波傳播桿，即輸入桿和輸出桿，讓試樣夾在兩傳播桿中間。應(yīng)力波由打擊桿撞擊輸入桿的端部產(chǎn)生并在兩桿之間傳播。當(dāng)打擊桿產(chǎn)生的應(yīng)力波傳到輸入桿后，經(jīng)輸入桿傳播到輸出桿并反射，當(dāng)反射波傳到打擊桿時完成了一次輸入桿的卸載。從而在輸入桿中將產(chǎn)生波長為輸入桿長度的兩倍的入射應(yīng)力波。當(dāng)輸入桿中的入射應(yīng)力波到達(dá)被撞擊試樣時，一部分由于桿和試樣橫截面積不等和波阻不匹配而反射回輸入桿，形成反射應(yīng)力波，另一部分則穿過試樣到達(dá)輸出桿并形成透射應(yīng)力波，透射應(yīng)力波再由吸收桿捕獲，最后傳感器采集信號。在使用 Hopkinson 壓桿測試時，都會做兩個假設(shè)處理：（1）平面假設(shè)，即應(yīng)力波在系統(tǒng)內(nèi)傳播始終處于一個平面， 且應(yīng)力波只會沿著桿的長度方向傳播，也就是說我們可以忽略橫向效應(yīng)。（2）均勻性假設(shè)，即假設(shè)應(yīng)力沿桿方向均勻分布，也就是忽略了桿的縱向效應(yīng)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]周邊切口短圓柱試件的桿桿型沖擊拉伸試驗系統(tǒng)的彈塑性有限元分析[J]. 宮能平,夏源明.  固體力學(xué)學(xué)報. 2002(02)
[2]船用921A鋼動態(tài)斷裂韌性測試研究[J]. 姜風(fēng)春,劉瑞堂,劉殿魁.  實驗力學(xué). 1999(01)
[3]裂紋動態(tài)起始問題的研究進(jìn)展[J]. 趙亞溥.  力學(xué)進(jìn)展. 1996(03)
[4]用裂紋張開位移計算三點彎曲試樣的動態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子[J]. 李玉龍,劉元鏞.  爆炸與沖擊. 1993(03)
[5]擺錘式塊桿型沖擊拉伸試驗裝置的動力學(xué)系統(tǒng)簡化分析[J]. 夏源明,袁建明,楊報昌.  力學(xué)學(xué)報. 1991(02)

博士論文
[1]金屬材料動態(tài)斷裂韌性的表征與測試[D]. 鄒廣平.哈爾濱工程大學(xué) 2005

碩士論文
[1]合金元素和軋制工藝對20CrMnTi棒材組織性能的影響研究[D]. 彭振宇.湖南大學(xué) 2012



本文編號：3423735