应变率相关弹塑性材料动态断裂韧性的试验研究

论文摘要

作为断裂动力学中最基本的分支之一,弹塑性材料动态断裂韧度的表征和测试是特别有挑战性的前沿课题。但由于试验装置及测试技术的限制,加上试验装置与试件的动态耦合作用,使得这一问题进展缓慢。从上世纪六十年代开始,至今未能得到解决,仍然是今后研究的方向。而材料的断裂韧性往往与加载速率有关,加载速率的变化还可能造成裂纹扩展机理的转化。因此有必要深入研究加载速率对高强韧断裂韧性的影响。目前,国内外对高加载速率下的应变率相关弹塑性材料动态断裂韧性的试验与研究仍较为匮乏,相对于应变率相关材料的应用普及程度而言,研究加载速度对缺口试样断裂行为的影响,对于动载结构的安全设计及提高材料抵抗动态断裂的能力具有重要的理论和工程意义。本文利用旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸装置,对带周边切口的短圆柱小试件（45钢）进行了室温下的平面应变型弹塑性动态断裂试验。用试件两端的平均载荷——相对位移曲线（（?）-δ）来推广Rice公式确定动态J积分,采用柔度变化率法来确定起裂点,从而获得表征弹塑性材料动态起裂韧度JID、动态断裂韧性KID,并得出一系列相关参量。通过四组高加载速率下的冲击拉伸试验表明,作为典型的应变率相关弹塑性材料的45钢,其断裂韧性随加载速率的增加而下降,探讨高加载速率下材料的位移、载荷等参数的变化规律。同时,通过扫描电镜对动态拉伸断口和动态断裂裂口进行了微观分析,研究了动态条件下金属的断裂机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 1 绪论
• 1.1 断裂力学的发展概述
• 1.2 动态断裂研究中的几个基本问题
• 1.2.1 动态断裂韧性
• 1.2.2 加载速率和应变率
• 1.2.3 静态、准—静态和动态的定义
• 1.2.4 动态断裂判据
• ID(或J_ID)的表征和测试技术'>1.3 裂纹动态起裂韧性K_ID(或J_ID)的表征和测试技术
• 1.3.1 常用的冲击试验装置和测试方法
• 1.3.2 SHPB和SHTB试验技术及其改良与发展
• 1.3.3 裂纹起裂点的确定
• 1.4 动态断裂韧度和加载速率及环境温度的关系
• 1.4.1 动态断裂韧性与温度的关系
• 1.4.2 动态断裂韧性与加载速率的关系
• 1.4.3 近期对动态断裂韧性与加载率、温度关系的研究
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 应变率相关弹塑性材料动态断裂试验
• 2.1 引言
• 2.2 杆—杆型冲击拉伸实验装置及其试验原理
• 2.3 试验材料
• 2.4 45钢准静态拉伸力学性能
• 2.5 45钢动态起裂韧度的表征与测试
• 2.5.1 试件的形状及连接
• 2.5.2 典型的波形和曲线
• 2.5.3 起裂时间的确定
• 2.5.4 动态加载下弹塑性稳定裂纹尖端的参量的J积分表征
• 2.5.5 弹塑性动态起裂韧性测试原理及试验结果
• 2.5.6 裂纹深度对动态断裂韧性的影响
• 2.5.7 加载速率对动态断裂韧性的影响
• 2.5.8 加载速率对45钢其他参数的影响
• 2.6 微观机理研究
• 3 结论与展望
• 3.1 结论
• 3.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果