裂尖拘束對材料與結構的斷裂行為及韌性具有顯著的影響,在結構完整性評定中,需要準確地納入這種影響。拘束分為面內拘束和面外拘束,對二者各自己有一些表征參數(shù),但對于實際結構中的三維(3D)裂紋,面內與面外拘束同時存在,如何用一個參數(shù)統(tǒng)一地定量表征這種復合拘束,并建立其與材料及焊接接頭斷裂韌性的統(tǒng)一關聯(lián),是結構完整性領域需要研究的重要基礎性問題之一。 本文通過數(shù)值計算、實驗和理論分析相結合的方法,主要研究面內與面外裂尖拘束的統(tǒng)一表征參數(shù)及其與材料和焊接接頭斷裂韌性的統(tǒng)一關聯(lián),并初步探索了統(tǒng)一拘束參數(shù)在彈塑性結構完整性評定中的應用。研究主要結論如下： (1)基于裂尖前等效塑性應變(εp)等值線所圍區(qū)域的面積,定義了一個新的面內與面外統(tǒng)一的拘束表征參數(shù)Ap。研究發(fā)現(xiàn)不同面內/面外拘束及其復合條件下材料的無量綱斷裂韌性Jc/Jref與統(tǒng)一拘束參數(shù)√Ap之間存在線性關系。Jc/Jref-√Ap關聯(lián)線與所選擇的εp等值線無關,只取決于材料,它統(tǒng)一地表征了不同面內/面外裂尖拘束狀態(tài)對材料斷裂韌性的影響。 (2)進一步研究發(fā)現(xiàn),拘束參數(shù)Ap也可以統(tǒng)一地表征面內/面外幾何拘束和焊接接頭中的材料拘束�；诓煌�...

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 拘束斷裂理論與研究現(xiàn)狀
        1.2.1 拘束斷裂力學理論的發(fā)展
        1.2.2 納入拘束效應的局部法損傷斷裂模型
        1.2.3 納入拘束效應的結構完整性評定方法
    1.3 目前研究存在的問題
    1.4 本文研究內容
第2章 基于裂尖等效塑性應變的面內/面外拘束的統(tǒng)一表征參數(shù)
    2.1 引言
    2.2 實驗與有限元模擬
        2.2.1 材料和試樣
        2.2.2 靜態(tài)裂紋有限元模型
        2.2.3 GTN損傷模型與延性斷裂模擬
        2.2.4 GTN模型參數(shù)的實驗標定
    2.3 有限元模擬結果及討論
        2.3.1 不同J時所對應的ε_p等值線面積
        2.3.2 J-R阻力曲線
        2.3.3 不同拘束條件下斷裂韌性與三軸應力因子T_f的關聯(lián)
        2.3.4 不同拘束試樣斷裂韌性與A_PEEQ的關聯(lián)
        2.3.5 面內與面外拘束的統(tǒng)一表征參數(shù)
    2.4 本章小結
第3章 面內/面外拘束參數(shù)與不同試樣斷裂韌性的統(tǒng)一關聯(lián)
    3.1 引言
    3.2 有限元模擬
        3.2.1 材料和試樣
        3.2.2 靜態(tài)裂紋有限元模擬
        3.2.3 GTN損傷模型與延性斷裂模擬
        3.2.4 J-R阻力曲線的確定
    3.3 有限元模擬結果及討論
        3.3.1 J-R阻力曲線
        3.3.2 試樣幾何和加載方式引起的面內、面外拘束的統(tǒng)一表征
        3.3.3 面內/面外拘束與A508-3合金鋼斷裂韌性的統(tǒng)一關聯(lián)
    3.4 本章小結
第4章 雙金屬材料界面裂紋的面內/面外拘束與斷裂韌性的統(tǒng)一關聯(lián)
    4.1 引言
    4.2 有限元模擬
        4.2.1 雙金屬接頭材料
        4.2.2 試樣幾何尺寸
        4.2.3 靜態(tài)裂紋有限元模型
        4.2.4 GTN損傷模型與延性斷裂模擬
    4.3 有限元模擬結果及討論
        4.3.1 J-R阻力曲線
        4.3.2 不同J時所對應的ε_p等值線面積
        4.3.3 不同拘束條件下斷裂韌性與A_PEEQ的關聯(lián)
        4.3.4 面內拘束與面外拘束的統(tǒng)一表征
    4.4 本章小結
第5章 面內/面外拘束對異種金屬焊接接頭局部斷裂阻力和斷裂機理的影響
    5.1 引言
    5.2 實驗方法和程序
        5.2.1 材料和試樣
        5.2.2 實驗與觀察
    5.3 斷裂實驗結果
        5.3.1 異種金屬焊接接頭的局部裂紋擴展阻力
        5.3.2 面內拘束對Crack 2局部斷裂阻力的影響機理
        5.3.3 面內拘束對Crack 3局部斷裂阻力影響的機理
        5.3.4 面外拘束對Crack 2斷裂機理的影響
        5.3.5 面外拘束對Crack 3斷裂機理的影響
        5.3.6 面內/面外拘束對異種金屬焊接接頭完整性評定的影響
    5.4 本章小結
第6章 面內/面外拘束與異種金屬焊接接頭斷裂韌性的統(tǒng)一關聯(lián)
    6.1 引言
    6.2 實驗方法
    6.3 有限元模擬
        6.3.1 靜態(tài)裂紋有限元模型
        6.3.2 局部力學性能
    6.4 結果及討論
        6.4.1 J-R阻力曲線及斷裂韌性
        6.4.2 不同J時所對應的ε_p等值線面積
        6.4.3 面內拘束與面外拘束的統(tǒng)一表征
    6.5 本章小節(jié)
第7章 面內與面外統(tǒng)一拘束參數(shù)應用的初步研究
    7.1 引言
    7.2 統(tǒng)一拘束參數(shù)A_p在預測3D裂紋起裂位置方面的應用
        7.2.1 材料和試樣
        7.2.2 有限元模擬
        7.2.3 結果與討論
    7.3 納入拘束效應的管道裂紋的斷裂預測
        7.3.1 材料和裂紋尺寸
        7.3.2 有限元計算方法
        7.3.3 結果與討論
    7.4 本章小結
第8章 總結與展望
    8.1 主要結論
    8.2 論文創(chuàng)新點
    8.3 展望
參考文獻
致謝
攻讀博士期間發(fā)表的論文



本文編號：3830162