面内/面外拘束与脆性断裂韧性的关联及纳入拘束的结构断裂评定
发布时间：2020-12-11 08:48
机械结构的脆性断裂是需要防范的最危险的失效模式。在含裂纹的机械结构中,面内与面外裂尖拘束同时存在,为了准确评价结构的完整性,需要考虑两种拘束对结构断裂行为的影响。为此,需要研究面内/面外拘束与材料脆性断裂韧性的关联及发展可同时纳入面内/面外拘束的结构完整性评价方法。本文基于国际上大量核压力容器合金钢的不同面内/面外拘束试样的脆性断裂韧性实验数据,结合这些试样不同拘束参数的大量三维有限元计算,通过与传统基于裂尖应力场的拘束参数（T,A2,Tz和h）的对比分析,研究了基于裂尖等效塑性应变的拘束参数Ap表征脆性断裂条件下的面内与面外拘束的能力及其与材料脆性断裂韧性的关联。在此基础上,进一步对承压管道周向内表面裂纹的拘束进行了三维有限元计算表征,研究了纳入面内与面外统一拘束Ap的结构断裂评定方法,探索了拘束参数Ap与Master Curve参考温度T0的可关联性。研究得到的主要结论如下:（1）传统的拘束参数T,A2,Q,Tz
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２失效评定图（ＦＡＤ）??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｆａｉｌｕｒｅ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ?化ａｇｒａｍ?（ＦＡＤ）??
Ｌ，??图１．２失效评定图（ＦＡＤ）??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｆａｉｌｕｒｅ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ?化ａｇｒａｍ?（ＦＡＤ）??传统的ＦＡＤ评定方法基于宏观断裂力学的单参数法，没有考虑裂尖拘束效应对结??构断裂行为的影响，一般会产生过于保守的评定结果。后来，英国Ｒ６ｔｉ７ｌ规范引入了考??虑拘束效应的ＦＡＤ评价方法，给出了两种等价的纳入拘束效应的ＦＡＤ方法，如图１．３??所示：??方法１?（图１．３（ａ））保持材料的断裂初性不变，用拘束参数７或９对失效评定曲线??（ＦＡＣ）进行拘束修正，修正后的ＦＡＣ如下式（１－１１）；??及，＝口＋？（－处乃／典），４＜尽＂?（１－Ｕ）??其中ａ和Ａ为材料参数，拘束参数ｒ应力或０包含在片因子中。对于ｒ应力，ＡＬｒ＝ｒ／ｃＴｙ；??对于０参数
于裂纹扩展方向的移动。所有尺寸的ＳＥ（Ｂ）试样（口／Ｗ＝化５３０，口／Ｗ＝化１８４和口／Ｗ＝化１２９）??均采用全模型进行有限元分析，其加载是通过对试样上方刚体施加向下２ｍｍ的位移控??制载荷的方式进行。典型试样的有限元网格如图２．１所示。由于裂纹尖端区域存在着应??力／应变梯度，为了得到准确的有限元分析结果，裂纹前端采用较细的网格划分，即采用??聚焦环式网格包围在初始根半径为２ｊｉｍ的裂纹尖端＾文增强非线性迭代的收敛性。在网??格敏感性研究中，分别计算了裂纹尖端最小网格尺寸分别为３０｜ｉｍ，?４０ｙｍ，?５０｜ａｍ，６０｜ａｍ，??７〇ｎｍ，?８〇ｎｍ和１００｜ｉｍ七种不同网格尺寸模型的Ｊ积分和应力分布。结果表明，当模型??最小网格尺寸小于５０＾ｍ?１＾＞１后，？／积分和应力分布的有限元结果几乎不再随网格尺寸的??减小而变化。所＾，本章中所有模型的裂尖最小网格尺寸选择为４０＾ｍｌ。图２．１（３）－（（〇中??的典型Ｈ维模型分别包含了?３１５９０，?３１４６４，１２８１２０个单元和３６１６８，?３７７６５，１４４１００个??节点。??嗯擊吗圓??（ａ）?（ｂ）??ＩＤｋ??简嗎ｉｊ?Ｃｒａｃｋｔｉｐ??（ｃ）??图２．１典型Ｃ（Ｔ）试样（ａ），化（Ｂ）试样（ｂ卿ＣＣ（Ｔ）试样似的呈维有限元模型及裂尖局部网格??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｅｓｈｅｓ?ｉｎ?ｔｙｐｉｃａｌ?Ｅｍ化?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?Ｃ（Ｔ）?ｓｐｅｃｉｍｅｎ?ｗｉ化趴＝５０ｍｍ
本文编号：2910233
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２失效评定图（ＦＡＤ）??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｆａｉｌｕｒｅ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ?化ａｇｒａｍ?（ＦＡＤ）??
Ｌ，??图１．２失效评定图（ＦＡＤ）??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｆａｉｌｕｒｅ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ?化ａｇｒａｍ?（ＦＡＤ）??传统的ＦＡＤ评定方法基于宏观断裂力学的单参数法，没有考虑裂尖拘束效应对结??构断裂行为的影响，一般会产生过于保守的评定结果。后来，英国Ｒ６ｔｉ７ｌ规范引入了考??虑拘束效应的ＦＡＤ评价方法，给出了两种等价的纳入拘束效应的ＦＡＤ方法，如图１．３??所示：??方法１?（图１．３（ａ））保持材料的断裂初性不变，用拘束参数７或９对失效评定曲线??（ＦＡＣ）进行拘束修正，修正后的ＦＡＣ如下式（１－１１）；??及，＝口＋？（－处乃／典），４＜尽＂?（１－Ｕ）??其中ａ和Ａ为材料参数，拘束参数ｒ应力或０包含在片因子中。对于ｒ应力，ＡＬｒ＝ｒ／ｃＴｙ；??对于０参数
于裂纹扩展方向的移动。所有尺寸的ＳＥ（Ｂ）试样（口／Ｗ＝化５３０，口／Ｗ＝化１８４和口／Ｗ＝化１２９）??均采用全模型进行有限元分析，其加载是通过对试样上方刚体施加向下２ｍｍ的位移控??制载荷的方式进行。典型试样的有限元网格如图２．１所示。由于裂纹尖端区域存在着应??力／应变梯度，为了得到准确的有限元分析结果，裂纹前端采用较细的网格划分，即采用??聚焦环式网格包围在初始根半径为２ｊｉｍ的裂纹尖端＾文增强非线性迭代的收敛性。在网??格敏感性研究中，分别计算了裂纹尖端最小网格尺寸分别为３０｜ｉｍ，?４０ｙｍ，?５０｜ａｍ，６０｜ａｍ，??７〇ｎｍ，?８〇ｎｍ和１００｜ｉｍ七种不同网格尺寸模型的Ｊ积分和应力分布。结果表明，当模型??最小网格尺寸小于５０＾ｍ?１＾＞１后，？／积分和应力分布的有限元结果几乎不再随网格尺寸的??减小而变化。所＾，本章中所有模型的裂尖最小网格尺寸选择为４０＾ｍｌ。图２．１（３）－（（〇中??的典型Ｈ维模型分别包含了?３１５９０，?３１４６４，１２８１２０个单元和３６１６８，?３７７６５，１４４１００个??节点。??嗯擊吗圓??（ａ）?（ｂ）??ＩＤｋ??简嗎ｉｊ?Ｃｒａｃｋｔｉｐ??（ｃ）??图２．１典型Ｃ（Ｔ）试样（ａ），化（Ｂ）试样（ｂ卿ＣＣ（Ｔ）试样似的呈维有限元模型及裂尖局部网格??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｅｓｈｅｓ?ｉｎ?ｔｙｐｉｃａｌ?Ｅｍ化?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?Ｃ（Ｔ）?ｓｐｅｃｉｍｅｎ?ｗｉ化趴＝５０ｍｍ
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