一个可区分破坏模式的新应力三轴度参数
发布时间：2021-12-02 07:35
三轴应力状态对破坏模式影响很大,但是根据应力三轴度的传统定义难以定量地判断破坏模式。本文根据准脆性断裂和塑性屈服的发生条件,从二者被满足的先后顺序角度,提出了一个新的应力三轴度定义以及临界三轴度这一材料常数。区分破坏模式的判据可简单地表示为:当应力三轴度大于材料的临界三轴度时,则发生准脆性断裂;当应力三轴度小于临界三轴度时,则先发生屈服和塑性变形。通过对平面应力和平面应变状态下椭圆孔孔边应力三轴度的理论分析,提出了有限厚度板中裂尖应力三轴度的数值计算方法,考察了不同板厚下单边裂纹裂尖应力三轴度沿板厚方向的分布特点,并给出了相应的经验公式。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同厚度下裂尖沿厚度方向分布Fig.11Distributionofofthecracktipthroughthethicknesswithdifferentthicknesses
926应用力学学报第37卷止(即稳态扩展)，故要整体断裂还需更大的应力强度因子。因此，整体断裂时的应力强度因子是与板厚有关的，如图10所示。图10断裂韧性与板厚的关系Fig.10Therelationshipbetweenfracturetoughnessandtheplatethickness从直观物理意义上看，式(18)是限定了断面中呈脆性破坏的中央部分沿厚度方向的长度与板厚(其余呈塑性变形)比例大致在80%以上。从三轴度与失效模式的关联性来看，这意味着c的区域大于80%。但根据图9确定裂尖三轴度是困难的，应用时可以用r/a0.05处的三轴度作为评价的依据(这相当于观察裂尖前沿r0.05a内的断面形式)，可得不同厚度下裂尖沿板厚方向的分布如图11所示。图11不同厚度下裂尖沿厚度方向分布Fig.11Distributionofofthecracktipthroughthethicknesswithdifferentthicknesses图12z/B0和z/B0.4处对应的裂尖随厚度的变化Fig.12Variationofofthecracktipwithdifferentthicknessesattheplacesofz/B0andz/B0.4对于不同厚度的板，三轴度最大值总是位于沿板厚方向的中央位置(即z/B0)，而断面80%区域对应的位置为z/B0.4，这两个位置对应的三轴度随厚度变化规律见图12。根据表1取材料临界三轴度c0.4。断面大于80%可以判定为准脆性破坏，即c的区域大于80%，则板厚B/W0.25就可认为是由K支配的准脆性断裂；并且随着厚度的增加，对应的三轴度最大值逐渐增加，K支配的准脆性断裂区域所占整个厚度的比例也逐渐增加。另外，由于应力状态影响屈服区，对于c的区域，1b=先达到，eY后达到，该区域先发?
的区域大于80%，则板厚B/W0.25就可认为是由K支配的准脆性断裂；并且随着厚度的增加，对应的三轴度最大值逐渐增加，K支配的准脆性断裂区域所占整个厚度的比例也逐渐增加。另外，由于应力状态影响屈服区，对于c的区域，1b=先达到，eY后达到，该区域先发生1b的准脆性断裂，没有塑性屈服。对于板中央位置c的情况，裂尖附近区域均发生屈服，对应图12中板厚在B/W0.08时，只发生塑性屈服。当板厚不变时，以B/W0.2为例，不同裂纹长度下的三轴度沿厚度方向的分布见图13。可以看出，裂纹长度对沿板厚方向的裂尖三轴度分布的影响较校z/B0以及z/B0.4处的裂尖三轴度随裂纹长度变化规律见图14。可见，随着裂纹长度的增加，两个位置的三轴度都会有先逐渐增加再逐渐减小的变化趋势，但总体上受裂纹长度影响较校图13不同裂纹长度下裂尖沿厚度方向分布Fig.13Distributionofofthecracktipthroughthicknesswithdifferentcracklengths图14z/B0和z/B0.4处对应的随裂纹长度的变化Fig.14Variationofofthecracktipwithdifferentcracklengthsattheplacesofz/B0andz/B0.4利用最小二乘法对图11的数值结果进行分析，给出含单边裂纹的有限厚度板的裂尖应力三轴度与板厚、沿厚度方向位置的经验公式为12234,1zAABzBWBzzAABB(20)
【参考文献】：
期刊论文
[1]MY准则解析复合型裂尖塑性区[J]. 章顺虎,王晓南,侯纪新,王心怡,刘敏. 应用力学学报. 2015(03)
[2]I型裂纹尖端约束应力区模型及其解析解[J]. 高常辉,唐雪松. 应用力学学报. 2014(06)
本文编号：3527998
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同厚度下裂尖沿厚度方向分布Fig.11Distributionofofthecracktipthroughthethicknesswithdifferentthicknesses
926应用力学学报第37卷止(即稳态扩展)，故要整体断裂还需更大的应力强度因子。因此，整体断裂时的应力强度因子是与板厚有关的，如图10所示。图10断裂韧性与板厚的关系Fig.10Therelationshipbetweenfracturetoughnessandtheplatethickness从直观物理意义上看，式(18)是限定了断面中呈脆性破坏的中央部分沿厚度方向的长度与板厚(其余呈塑性变形)比例大致在80%以上。从三轴度与失效模式的关联性来看，这意味着c的区域大于80%。但根据图9确定裂尖三轴度是困难的，应用时可以用r/a0.05处的三轴度作为评价的依据(这相当于观察裂尖前沿r0.05a内的断面形式)，可得不同厚度下裂尖沿板厚方向的分布如图11所示。图11不同厚度下裂尖沿厚度方向分布Fig.11Distributionofofthecracktipthroughthethicknesswithdifferentthicknesses图12z/B0和z/B0.4处对应的裂尖随厚度的变化Fig.12Variationofofthecracktipwithdifferentthicknessesattheplacesofz/B0andz/B0.4对于不同厚度的板，三轴度最大值总是位于沿板厚方向的中央位置(即z/B0)，而断面80%区域对应的位置为z/B0.4，这两个位置对应的三轴度随厚度变化规律见图12。根据表1取材料临界三轴度c0.4。断面大于80%可以判定为准脆性破坏，即c的区域大于80%，则板厚B/W0.25就可认为是由K支配的准脆性断裂；并且随着厚度的增加，对应的三轴度最大值逐渐增加，K支配的准脆性断裂区域所占整个厚度的比例也逐渐增加。另外，由于应力状态影响屈服区，对于c的区域，1b=先达到，eY后达到，该区域先发?
的区域大于80%，则板厚B/W0.25就可认为是由K支配的准脆性断裂；并且随着厚度的增加，对应的三轴度最大值逐渐增加，K支配的准脆性断裂区域所占整个厚度的比例也逐渐增加。另外，由于应力状态影响屈服区，对于c的区域，1b=先达到，eY后达到，该区域先发生1b的准脆性断裂，没有塑性屈服。对于板中央位置c的情况，裂尖附近区域均发生屈服，对应图12中板厚在B/W0.08时，只发生塑性屈服。当板厚不变时，以B/W0.2为例，不同裂纹长度下的三轴度沿厚度方向的分布见图13。可以看出，裂纹长度对沿板厚方向的裂尖三轴度分布的影响较校z/B0以及z/B0.4处的裂尖三轴度随裂纹长度变化规律见图14。可见，随着裂纹长度的增加，两个位置的三轴度都会有先逐渐增加再逐渐减小的变化趋势，但总体上受裂纹长度影响较校图13不同裂纹长度下裂尖沿厚度方向分布Fig.13Distributionofofthecracktipthroughthicknesswithdifferentcracklengths图14z/B0和z/B0.4处对应的随裂纹长度的变化Fig.14Variationofofthecracktipwithdifferentcracklengthsattheplacesofz/B0andz/B0.4利用最小二乘法对图11的数值结果进行分析，给出含单边裂纹的有限厚度板的裂尖应力三轴度与板厚、沿厚度方向位置的经验公式为12234,1zAABzBWBzzAABB(20)
【参考文献】：
期刊论文
[1]MY准则解析复合型裂尖塑性区[J]. 章顺虎,王晓南,侯纪新,王心怡,刘敏. 应用力学学报. 2015(03)
[2]I型裂纹尖端约束应力区模型及其解析解[J]. 高常辉,唐雪松. 应用力学学报. 2014(06)
本文编号：3527998
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