CTOD厚度效应及内聚力模型参数研究
发布时间：2021-08-02 04:26
钢结构建筑在服役过程中,结构的薄弱点（例如焊接接头）易萌生裂纹。在外载荷作用下,裂纹会逐渐扩展,严重影响建筑物的安全使用。因此,在建筑的设计选材阶段,必须保证建材具有足够的抗裂性能。衡量材料抵抗裂纹扩展能力的参量有4个,裂纹尖端张开位移（CTOD）是其中的一种。CTOD适用于弹塑性材料,并具有物理意义明确、测试技术成熟的特点,在工程中常被用来衡量钢材及焊接接头的断裂韧度。目前,CTOD参量在应用中,存在下列问题:1)CTOD—KI关系式未体现材料厚度的影响;2)CTOD离散性的统计分析不全面;3)CTOD厚度效应公式数据拟合误差大;4)使用内聚力模型时,无法直接由CTOD值算出合适的内聚能Φ。鉴于此,本文进行了相关研究,简要研究过程和结论如下:（1）参考厚度参量对G—KI关系式的影响机制,提出3个带有厚度参量Th的CTOD—KI关系式。按照规范BS7448,实施92mm厚API 2W Gr.60钢、40mm厚R3S-153系泊链钢和96mm厚ADB790E钢的CTOD实验。处理实验数据,得到小范围屈...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
断裂韧度与试件厚度的关系
图 2-1 Ⅰ型穿透裂纹[1]在给出计算结果时，Irwin 引入了应力强度因子 K，将裂纹尺寸和外部载合为 K，公式的剩余部分则为用极坐标表示的与位置有关的函数。计算结出了平面应力和平面应变情况下的应力、位移、应变的表达式，式子数量，在这里就不全部罗列出来，现仅列出本文研究用到的两个式子[1]：面应力： =1[ (1 + ) ] （2面应变： =1+[ (1 ) ] （2式中，v 为 y 方向的位移，E 为弹性模量，μ为泊松比，KI为Ⅰ型裂纹应度因子，r、θ为极坐标，坐标原点位于裂纹尖端。Irwin 给出的解在裂纹尖有奇异性。然而材料能承受的应力是有限的，当应力达到材料的屈服极限不会再增加。裂纹尖端屈服后将产生塑性区，该区域对应力有松弛的效果效果与增加裂纹长度的效果类似，由此得到塑性区半径的表达式[1]：面应力： = (1)( ) （2
武汉理工大学硕士学位论文与 G 之间的关系可用下式表达：≈[1]（2-14）将式（2-14）代入式（2-11）～（2-13），替换掉 G 后，便得到含厚度参量Th的 CTOD—KI公式：= (1 ) （2-15）= (1 ) （2-16）=(1+ )(1 )1+ （2-17）观察式（2-15）～（2-17）易知，当板材处于两种极限状态时（平面应力与平面应变），上面三式与推导得到的理论公式（2-7）一致。对三式进行移项变换，绘制出(δσsE) KI—Th函数图，自变量Th的取值范围是（0，μ），因变量的取值范围是（1 μ ，1），绘图时μ取 0.3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于内聚力模型的X65管线钢稳定裂纹扩展研究[J]. 苗婷,苗张木,冷晓畅. 船舶力学. 2017(02)
[2]薄壁结构剩余强度预测方法研究进展[J]. 赵延广,刘建中,胡本润,陈勃,郭翔. 理化检验(物理分册). 2015(08)
[3]X70钢临界CTOD值ANSYS计算[J]. 叶运勤,苗张木,张步爱. 机械强度. 2015(03)
[4]基于灰色理论的低温下结构钢材强度预测[J]. 周燕,王元清,戴国欣,石永久,刘希月. 建筑科学. 2014(01)
[5]试样厚度与CTOD临界值的拟合关系式[J]. 闫鹏帅,苗张木,夏子钰,叶运勤. 机械工程材料. 2013(08)
[6]基于强度预测温度对钢材裂缝尖端张开位移（CTOD）韧性影响的研究[J]. 向威,苗张木. 钢结构. 2013(07)
[7]温度对结构钢材裂纹尖端张开位移（CTOD）的影响分析[J]. 王元清,武延民,石永久,江见鲸. 工程力学. 2006(04)
[8]含裂纹板断裂韧度厚度效应的理论与应用[J]. 杨继运,张行,张珉. 机械工程学报. 2005(11)
[9]含裂纹板断裂韧度厚度效应的理论研究[J]. 杨继运,张行. 机械强度. 2005(05)
[10]A131钢焊缝断裂韧性统计分布的计算机分析[J]. 何柏林,于影霞,霍立兴,张玉凤. 理化检验(物理分册). 2004(01)
博士论文
[1]厚钢板焊接接头韧度CTOD评定研究[D]. 苗张木.武汉理工大学 2005
[2]钢结构脆性断裂的力学机理及其工程设计方法研究[D]. 武延民.清华大学 2005
[3]大型铁路焊接钢桥疲劳断裂性能与安全设计[D]. 张玉玲.清华大学 2005
硕士论文
[1]基于概率断裂力学CTOD允许值修正及保守度研究[D]. 武涛.武汉理工大学 2017
[2]系泊链钢CTOD韧性及微观组织试验研究[D]. 冷树伟.武汉理工大学 2013
[3]基于ABAQUS的船舶典型结构裂纹扩展模拟及分析研究[D]. 姜薇.华中科技大学 2011
[4]内聚力模型的分析及有限元子程序开发[D]. 黄刘刚.郑州大学 2010
[5]钢结构桥梁CTOD断裂韧性研究[D]. 张红胜.武汉理工大学 2010
[6]弹塑性裂纹尖端应力约束及厚度效应的有限元分析[D]. 焦广臣.江苏大学 2009
本文编号：3316890
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
断裂韧度与试件厚度的关系
图 2-1 Ⅰ型穿透裂纹[1]在给出计算结果时，Irwin 引入了应力强度因子 K，将裂纹尺寸和外部载合为 K，公式的剩余部分则为用极坐标表示的与位置有关的函数。计算结出了平面应力和平面应变情况下的应力、位移、应变的表达式，式子数量，在这里就不全部罗列出来，现仅列出本文研究用到的两个式子[1]：面应力： =1[ (1 + ) ] （2面应变： =1+[ (1 ) ] （2式中，v 为 y 方向的位移，E 为弹性模量，μ为泊松比，KI为Ⅰ型裂纹应度因子，r、θ为极坐标，坐标原点位于裂纹尖端。Irwin 给出的解在裂纹尖有奇异性。然而材料能承受的应力是有限的，当应力达到材料的屈服极限不会再增加。裂纹尖端屈服后将产生塑性区，该区域对应力有松弛的效果效果与增加裂纹长度的效果类似，由此得到塑性区半径的表达式[1]：面应力： = (1)( ) （2
武汉理工大学硕士学位论文与 G 之间的关系可用下式表达：≈[1]（2-14）将式（2-14）代入式（2-11）～（2-13），替换掉 G 后，便得到含厚度参量Th的 CTOD—KI公式：= (1 ) （2-15）= (1 ) （2-16）=(1+ )(1 )1+ （2-17）观察式（2-15）～（2-17）易知，当板材处于两种极限状态时（平面应力与平面应变），上面三式与推导得到的理论公式（2-7）一致。对三式进行移项变换，绘制出(δσsE) KI—Th函数图，自变量Th的取值范围是（0，μ），因变量的取值范围是（1 μ ，1），绘图时μ取 0.3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于内聚力模型的X65管线钢稳定裂纹扩展研究[J]. 苗婷,苗张木,冷晓畅. 船舶力学. 2017(02)
[2]薄壁结构剩余强度预测方法研究进展[J]. 赵延广,刘建中,胡本润,陈勃,郭翔. 理化检验(物理分册). 2015(08)
[3]X70钢临界CTOD值ANSYS计算[J]. 叶运勤,苗张木,张步爱. 机械强度. 2015(03)
[4]基于灰色理论的低温下结构钢材强度预测[J]. 周燕,王元清,戴国欣,石永久,刘希月. 建筑科学. 2014(01)
[5]试样厚度与CTOD临界值的拟合关系式[J]. 闫鹏帅,苗张木,夏子钰,叶运勤. 机械工程材料. 2013(08)
[6]基于强度预测温度对钢材裂缝尖端张开位移（CTOD）韧性影响的研究[J]. 向威,苗张木. 钢结构. 2013(07)
[7]温度对结构钢材裂纹尖端张开位移（CTOD）的影响分析[J]. 王元清,武延民,石永久,江见鲸. 工程力学. 2006(04)
[8]含裂纹板断裂韧度厚度效应的理论与应用[J]. 杨继运,张行,张珉. 机械工程学报. 2005(11)
[9]含裂纹板断裂韧度厚度效应的理论研究[J]. 杨继运,张行. 机械强度. 2005(05)
[10]A131钢焊缝断裂韧性统计分布的计算机分析[J]. 何柏林,于影霞,霍立兴,张玉凤. 理化检验(物理分册). 2004(01)
博士论文
[1]厚钢板焊接接头韧度CTOD评定研究[D]. 苗张木.武汉理工大学 2005
[2]钢结构脆性断裂的力学机理及其工程设计方法研究[D]. 武延民.清华大学 2005
[3]大型铁路焊接钢桥疲劳断裂性能与安全设计[D]. 张玉玲.清华大学 2005
硕士论文
[1]基于概率断裂力学CTOD允许值修正及保守度研究[D]. 武涛.武汉理工大学 2017
[2]系泊链钢CTOD韧性及微观组织试验研究[D]. 冷树伟.武汉理工大学 2013
[3]基于ABAQUS的船舶典型结构裂纹扩展模拟及分析研究[D]. 姜薇.华中科技大学 2011
[4]内聚力模型的分析及有限元子程序开发[D]. 黄刘刚.郑州大学 2010
[5]钢结构桥梁CTOD断裂韧性研究[D]. 张红胜.武汉理工大学 2010
[6]弹塑性裂纹尖端应力约束及厚度效应的有限元分析[D]. 焦广臣.江苏大学 2009
本文编号：3316890
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