基于微观损伤模型的焊缝金属断裂行为研究

发布时间：2020-07-27 09:23

【摘要】：最近在断裂力学领域的很多研究表明,除了应力三轴度外,Lode角是影响金属材料塑性流动和韧性破坏的重要参数,故近年来围绕Lode角、偏应力不变量、低应力三轴度出现了很多研究成果。但是现阶段在焊缝金属断裂性能的研究中,多采用SMCS、VGM、DSPS、CVGM模型,这些模型只考虑了应力三轴度、等效塑性应变和应力状态的关系,无法准确模拟偏应力和低应力三轴度状态下的韧性断裂。因此,本文设计了适用于研究高、中、低应力三轴度、偏应力状态的断裂试件,并进行焊缝试件单向拉伸和超低周疲劳断裂性能试验,从应力三轴度、罗德角参数ξ、Lode参数L等多维度研究焊缝金属的断裂性能。主要内容如下:(1)设计了 5种对应不同应力状态的材性试件,包括光滑圆棒试件、圆周缺口试件、槽板试件、矩形缺口试件、倾斜缺口试件,并进行焊缝试件单向拉伸和超低周疲劳断裂性能试验,分析了单向拉伸和疲劳加载试件的荷载-位移曲线,确定了各个试件的断裂位移和断裂圈数,并对其进行了误差分析。(2)利用试验数据校准了 Swift-Voce单向拉伸本构模型和Chaboche混合强化模型,利用Abaqus有限元软件对各类试件进行模拟,较准确的模拟出该批次焊缝金属的单向拉伸和疲劳荷载位移曲线,并且试验和模拟的裂缝位置能很好的吻合。(3)利用有限元模拟的历史数据校准适用于单向拉伸试验断裂预测的LOU、VGM、SWDM断裂模型和适用于疲劳试验断裂预测的CLOU、CVGM、SWDM断裂模型的未知系数,并将模型表达式编写入UVARM用户子程序,对焊缝金属的单向拉伸和疲劳加载试验进行了断裂预测模拟,并对各模型模拟结果进行损伤累积过程以及断裂位移和断裂圈数误差的对比分析,讨论各模型在不同应力状态下的优劣性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG115.57
【图文】：

莫尔应力圆

２．４宏观延性断裂模型ＬＯＵ逡逑２．４．１逦Ｌｏｄｅ邋参数（Ｌ）逡逑除了罗德角参数《外，偏应力状态变量还有Ｌｏｄｅ参数。在如图２－２所示的莫逡逑尔应力圆中，三个主应力分别为0■，邋＝0６、％＝０尸２、ｃｒ３＝ＯＰ３，邋０，为圆Ｂ的圆心，逡逑用０＾２与Ｏｊ的比值来表示主应力状态特征，如式（２＿１８）所示。逡逑＿邋Ｏ．Ｐ２邋ｃｒ２邋－（ｃｔ，邋＋ｔｒ３）／２邋２ｃｔ２邋－ｃｔ，邋－0－３逡逑Ｌ￣ｗｒ邋（＾－＾Ｖ２邋＿邋－，－－３逦（）逡逑ＡＴ逡逑逦逦0２逦逡逑Ｔ邋0邋１逡逑图２－２莫尔应力圆逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｍｏｈｒ邋Ｃｉｒｃｌｅ邋ｏｆ邋ｓｔｒｅｓｓ逡逑比值Ｌ称为Ｌｏｄｅ参数，表示主应力之间的相对比值关系。在简单应力状态下，逡逑—１＜Ｌ＜１，Ｌ的取值变化对应不同的应力状态：①单向拉伸状态时，ｑ邋＞０、ｃｔ２邋＝邋（ｔ３，逡逑Ｌ邋＝邋－１邋；②单向压缩状态时，ｃｒ丨＝ｃｒ２、ｃｒ３邋＜邋０，Ｌ＝１；③纯剪状态时，ｃｒ２邋＝邋０、0？】＝－＜ｔ３，逡逑Ｌ＝０；④平面应变状态时

示意图,对接焊缝,示意图,焊接方法

０．１７逦０．３７逦１．４４逦０．０１４逦０．００３逦０．０２７逦０．０３６逦０．０５１逦０．０１８逦０．０３５逦０．０１０逡逑所有试件均取材于３５ｘ４２0ｘｌ５００ｎｍｉ对接焊缝钢板，对接焊缝焊接方法示意图逡逑如图３－１所示，对接焊缝焊接工艺见表３－２，试件取样示意图如图３－２所示。逡逑坡口边需打磨１腿后再焊接逦￥逦３0［．邋一级全熔透焊缝逡逑逦邋逦逡逑逦母材逦＾逡逑岕逦0逡逑＾逦２００逦＿邋ｊａＬ逦２00逦？逡逑一邋逦邋４２０逦一逡逑图３－１对接焊缝焊接示意图逡逑Ｆｉｇ．３－１邋Ｗｅｌｄｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｕｔｔ邋ｗｅｌｄ邋（ｍｍ）逡逑表３－２对接焊缝焊接工艺逡逑Ｔａｂ．邋３－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｕｔｔ邋ｗｅｌｄ邋ｗｅｌｄｉｎｇ逡逑焊条或焊丝逦焊剂或逦焊接速度逡逑道次焊接方法逦电流（Ａ）电压（Ｖ）逡逑牌号逦Ｏ（ｍｍ）逦保护气逦（ｃｍ／ｍｉｎ）逡逑打底邋ＳＡＷ邋Ｈ０８ＭｎＭｏＡ邋５逦ＳＪ１０１Ｇ逦５５０－６５０逦２５－２８逦４５－５５逡逑１３逡逑

示意图,试件,示意图,对接焊缝

【参考文献】