以X80管道鋼為研究對(duì)象開(kāi)展基于小沖桿試驗(yàn)的斷裂韌性研究。設(shè)計(jì)一種環(huán)形缺口小沖桿試樣,建立環(huán)形缺口位置、關(guān)鍵幾何參數(shù)確定方法,基于所設(shè)計(jì)試樣開(kāi)展試驗(yàn)及數(shù)值模擬,在數(shù)值模擬可靠性驗(yàn)證基礎(chǔ)上判斷試樣的起裂位移,結(jié)合圍線積分方法確定基于小沖桿試驗(yàn)的斷裂韌性,并與標(biāo)準(zhǔn)斷裂韌性試驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明:所提出的以最大等效塑性應(yīng)變處作為環(huán)形缺口預(yù)制位置是合理的,所建立的小沖桿試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)斷裂韌性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果關(guān)聯(lián)模型可廣泛用于多種材料。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,44(05)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

小沖桿試驗(yàn)裝置原理圖

小沖桿試樣為圓片式軸對(duì)稱結(jié)構(gòu),模型簡(jiǎn)化為二維軸對(duì)稱模型。模型尺寸與試驗(yàn)試樣一致,試樣厚度h為0.5 mm,直徑d1取為10 mm,在保證計(jì)算精度的基礎(chǔ)上,采用四節(jié)點(diǎn)縮減積分單元CAX4R對(duì)模型進(jìn)行均勻網(wǎng)格劃分;沖頭和上下夾具尺寸均與試驗(yàn)裝置設(shè)為一致,不考慮三者變形,均簡(jiǎn)化為解析剛體分析。分別對(duì)上下夾具施加固定約束,對(duì)試樣中心邊界設(shè)置軸對(duì)稱約束,在試樣與沖頭夾具之間設(shè)置接觸。圖2為常規(guī)小沖桿試驗(yàn)有限元模型示意圖。采用GTN模型模擬小沖桿試驗(yàn)過(guò)程中試樣的彈塑性變形、損傷與斷裂行為。GTN模型是由Gurson提出,后經(jīng)Tvergaard和Needleman驗(yàn)證和修正的一種表征孔洞演化過(guò)程和預(yù)測(cè)材料的起裂和擴(kuò)展的細(xì)觀損傷模型。小沖桿試驗(yàn)有限元模型材料參數(shù)的定義分為兩部分:一部分是材料彈塑性參數(shù)定義;另一部分是材料損傷參數(shù)定義。前者以單軸拉伸試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),如圖3所示;后者結(jié)合文獻(xiàn)中常用參數(shù)并經(jīng)過(guò)大量試算確定,最終確定下的損傷參數(shù)模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果最為接近,如圖4所示。

式中,Req為宏觀Mises等效應(yīng)力;ReL為材料屈服強(qiáng)度;RH為宏觀靜水應(yīng)力;q1、q2、q3為材料損傷參數(shù),分別為1.5、1、2.25;f*為孔洞體積分?jǐn)?shù);fc和fF分別為臨界聚合孔洞和斷裂孔洞體積分?jǐn)?shù),分別為0.03和0.15。圖4 標(biāo)準(zhǔn)小沖桿試驗(yàn)及數(shù)值模擬載荷位移曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]小沖孔試驗(yàn)彈塑性變形行為及力學(xué)性能評(píng)價(jià)方法研究（英文）[J]. 楊思晟,凌祥,杜鵬.  Journal of Central South University. 2018(04)
[2]基于裂紋尖端張開(kāi)角含軸向穿透裂紋X80管道極限壓力預(yù)測(cè)[J]. 曹宇光,甄瑩,賀婭婭,張士華,孫永泰,衣海嬌,劉帆.  中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(02)
[3]基于等效缺陷尺寸在役焊接安全性評(píng)價(jià)研究[J]. 王勇,孫啟平,韓濤,張波,盧玉秀.  中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(01)
[4]油氣儲(chǔ)運(yùn)理論與技術(shù)進(jìn)展[J]. 張勁軍,何利民,宮敬,李玉星,宇波,劉剛.  中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(05)
[5]帶環(huán)形裂紋的微試樣小沖桿試驗(yàn)法測(cè)試材料斷裂韌性探討[J]. 關(guān)凱書(shū),徐一飛,喻燦,陳吉.  塑性工程學(xué)報(bào). 2012(06)
[6]小沖桿試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)化研究（一）——通用要求[J]. 徐彤,壽比南,關(guān)凱書(shū),王志文.  壓力容器. 2010(07)
[7]COD與J積分的尺寸效應(yīng)及其一致性[J]. 王承忠,吳素生,鐘文達(dá).  化工與通用機(jī)械. 1981(02)

博士論文
[1]利用小沖桿試驗(yàn)與Beremin模型估算Q345R韌脆轉(zhuǎn)變區(qū)[D]. 徐一飛.華東理工大學(xué) 2014
[2]材料微觀結(jié)構(gòu)和試樣厚度對(duì)小沖桿試驗(yàn)的影響[D]. 宋明.華東理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]環(huán)形裂紋小沖桿試樣精度確定和試驗(yàn)研究[D]. 朱錦斌.華東理工大學(xué) 2016
[2]用反向有限元法從小沖桿試驗(yàn)中獲得材料的斷裂韌性參數(shù)[D]. 章驍程.華東理工大學(xué) 2014
[3]小沖桿試驗(yàn)獲得材料JIC的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)和環(huán)形缺口試樣法研究[D]. 喻燦.華東理工大學(xué) 2014



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