断裂能及损伤演化对韧性碎裂的影响
发布时间：2021-08-15 05:54
固体在冲击拉伸载荷作用下会断裂成多个碎片,基于线性内聚力断裂假设的Mott-Grady模型能较好地预测碎裂过程产生的平均碎片尺度的下限。而实际上韧性金属的损伤演化是多元化的,Mott卸载波对韧性碎裂也会产生影响。本文通过数值模拟研究了不同的损伤演化规律、断裂能和Mott卸载波对韧性碎裂过程的影响。利用液压膨胀环实验装置对1060-O纯铝圆环进行一维动态拉伸碎裂实验,分析实验现象及结果。利用ABAQUS/Explicit动态有限元数值再现了韧性金属杆（45#钢）在高应变率下拉伸碎裂的过程,分析了线性和非线性损伤演化对韧性碎裂过程的影响规律。数值结果表明:损伤演化规律对韧性金属碎裂过程具有显著影响,非线性指标?越大,碎裂过程产生的碎片数越少;Grady-Kipp碎裂公式仍能在一定范围内较好地预测韧性碎裂过程中产生的碎片的平均尺度;当非线性指标?远大于0（即材料的粘滞性较大）时,损伤演化规律对韧性碎裂的影响具有显著的率敏感性,应变率越低,数值结果和理论分析偏差越大,但此偏差在不考虑应变率效应时表现的不明显。利用数值模拟实现了1060-O纯铝圆环在给定初始速度下自由膨胀的过程,分析了不同断裂能...
【文章来源】：宁波大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mott有关卸载波理论的示意图[4,5]
断裂能及损伤演化对韧性碎裂的影响-4-波，弹性波速为Ec/，其传播路径为ctx；另一种是在塑性区域的卸载波的传播。为了研究卸载波在塑性区域的传播过程，Mott建立了一个维理想弹塑性本构下的应力杆理论模型。杆的截面为单位横截面，在恒定应变率的拉伸作用下已经发生了塑性应变，其内部处于塑性流动状态，此时的应力为塑性流动应力c，也为断裂临界应力。在Lagrangian坐标系中，假设断口坐标为h0，如图1.1(b)。当杆一旦发生断裂，断口产生向外传播的Mott卸载波的传播波阵面将杆分为两个区域：a)卸载波传播过的区域发生刚性卸载，为刚性卸载区，即为刚性体(RigidBody)，其内部应力0，质点速度为txv；b)卸载波阵面未经过的区域为塑性流动区域(PlasticFlowZone)，其内部应力c，表示其依旧受着临界应力c的均匀拉伸作用，产生塑性应变，质点速度为hv。图1.2杆件在Mott卸载波传播过程中其内部的应力和速度的分布图Fig.1.2DistributionchartofStressandVelocityinabarduringMottunloadingwavepropagation如图1.2所示，断口发生断裂时，t=0；断裂发生后，t>0，此刻杆内部的速度和应力分布情况如上图所示；x(t)为Mott卸载波的传播位置；y(t)为断口张开位移(CrackOpening)。速度场定义如下：0)(0,hhtxtxhhtxthv(1.1)
断裂能及损伤演化对韧性碎裂的影响-6-1.2.2Grady-Kipp改进的碎裂理论Grady和Kipp等人对Mott的理论作了补充和改进，其认为材料的碎裂是一个与内聚能相关的碎裂过程，并假设了断口张开的距离coh与断口处材料的应力coh成线性关系，及随着断口张开距离的增大，断口应力从初始值c从线性下降为0。图1.3改进的刚塑性卸载(Grady-Kipp)分析模型和材料的线性内聚断裂模型[6,7]Fig.1.3Improvedrigidplasticunloading(Grady-Kipp)analysismodelandlinearcohesivefracturemodel如图1.3所示，直线下方的面积为单位断裂面(包含两个断裂面)的内聚能Gc，我们得到coh与coh的关系表达式：cccccohccohG2,1(1.6)其中δc为断口完全断裂时断口扩展张开的距离。对平衡方程(1.2)式的两端分别进行积分求解，积分区间为0txh，积分区域两端的边界条件为：cohcohh0，ctxh，积分后结果如下：tGdttdxtxcohcc22(1.7)在裂纹扩展运动期间，位移tx表达式为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]PMMA膨胀环动态拉伸碎裂实验研究[J]. 李天密,张佳,方继松,刘丽芝,郑宇轩,周风华. 力学学报. 2018(04)
[2]立式液压膨胀环实验技术研究[J]. 张佳,郑宇轩,周风华. 宁波大学学报(理工版). 2017(02)
[3]固体的冲击拉伸碎裂[J]. 郑宇轩,周风华,胡时胜,余同希. 力学进展. 2016(00)
[4]动态碎裂过程中的最快速卸载现象[J]. 郑宇轩,周风华,余同希. 中国科学:技术科学. 2016(04)
[5]一种基于SHPB的冲击膨胀环实验技术[J]. 郑宇轩,周风华,胡时胜. 爆炸与冲击. 2014(04)
[6]一种新型爆炸膨胀环实验装置[J]. 汤铁钢,刘仓理. 实验力学. 2013(02)
[7]韧性材料的高应变率拉伸碎裂过程及材料参数影响[J]. 郑宇轩,胡时胜,周风华. 固体力学学报. 2012(04)
[8]韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟[J]. 陈磊,周风华,汤铁钢. 力学学报. 2011(05)
[9]爆炸膨胀环实验数据处理方法讨论[J]. 汤铁钢,桂毓林,李庆忠,陈永涛,童慧峰,刘仓理. 爆炸与冲击. 2010(05)
[10]脆性固体碎裂过程中的最快卸载特性[J]. 周风华,郭丽娜,王礼立. 固体力学学报. 2010(03)
博士论文
[1]电磁加载下金属膨胀环的动态断裂与碎裂研究[D]. 桂毓林.中国工程物理研究院 2007
硕士论文
[1]基于SHPB的液压膨胀环实验研究[D]. 张佳.宁波大学 2017
本文编号：3343986
【文章来源】：宁波大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mott有关卸载波理论的示意图[4,5]
断裂能及损伤演化对韧性碎裂的影响-4-波，弹性波速为Ec/，其传播路径为ctx；另一种是在塑性区域的卸载波的传播。为了研究卸载波在塑性区域的传播过程，Mott建立了一个维理想弹塑性本构下的应力杆理论模型。杆的截面为单位横截面，在恒定应变率的拉伸作用下已经发生了塑性应变，其内部处于塑性流动状态，此时的应力为塑性流动应力c，也为断裂临界应力。在Lagrangian坐标系中，假设断口坐标为h0，如图1.1(b)。当杆一旦发生断裂，断口产生向外传播的Mott卸载波的传播波阵面将杆分为两个区域：a)卸载波传播过的区域发生刚性卸载，为刚性卸载区，即为刚性体(RigidBody)，其内部应力0，质点速度为txv；b)卸载波阵面未经过的区域为塑性流动区域(PlasticFlowZone)，其内部应力c，表示其依旧受着临界应力c的均匀拉伸作用，产生塑性应变，质点速度为hv。图1.2杆件在Mott卸载波传播过程中其内部的应力和速度的分布图Fig.1.2DistributionchartofStressandVelocityinabarduringMottunloadingwavepropagation如图1.2所示，断口发生断裂时，t=0；断裂发生后，t>0，此刻杆内部的速度和应力分布情况如上图所示；x(t)为Mott卸载波的传播位置；y(t)为断口张开位移(CrackOpening)。速度场定义如下：0)(0,hhtxtxhhtxthv(1.1)
断裂能及损伤演化对韧性碎裂的影响-6-1.2.2Grady-Kipp改进的碎裂理论Grady和Kipp等人对Mott的理论作了补充和改进，其认为材料的碎裂是一个与内聚能相关的碎裂过程，并假设了断口张开的距离coh与断口处材料的应力coh成线性关系，及随着断口张开距离的增大，断口应力从初始值c从线性下降为0。图1.3改进的刚塑性卸载(Grady-Kipp)分析模型和材料的线性内聚断裂模型[6,7]Fig.1.3Improvedrigidplasticunloading(Grady-Kipp)analysismodelandlinearcohesivefracturemodel如图1.3所示，直线下方的面积为单位断裂面(包含两个断裂面)的内聚能Gc，我们得到coh与coh的关系表达式：cccccohccohG2,1(1.6)其中δc为断口完全断裂时断口扩展张开的距离。对平衡方程(1.2)式的两端分别进行积分求解，积分区间为0txh，积分区域两端的边界条件为：cohcohh0，ctxh，积分后结果如下：tGdttdxtxcohcc22(1.7)在裂纹扩展运动期间，位移tx表达式为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]PMMA膨胀环动态拉伸碎裂实验研究[J]. 李天密,张佳,方继松,刘丽芝,郑宇轩,周风华. 力学学报. 2018(04)
[2]立式液压膨胀环实验技术研究[J]. 张佳,郑宇轩,周风华. 宁波大学学报(理工版). 2017(02)
[3]固体的冲击拉伸碎裂[J]. 郑宇轩,周风华,胡时胜,余同希. 力学进展. 2016(00)
[4]动态碎裂过程中的最快速卸载现象[J]. 郑宇轩,周风华,余同希. 中国科学:技术科学. 2016(04)
[5]一种基于SHPB的冲击膨胀环实验技术[J]. 郑宇轩,周风华,胡时胜. 爆炸与冲击. 2014(04)
[6]一种新型爆炸膨胀环实验装置[J]. 汤铁钢,刘仓理. 实验力学. 2013(02)
[7]韧性材料的高应变率拉伸碎裂过程及材料参数影响[J]. 郑宇轩,胡时胜,周风华. 固体力学学报. 2012(04)
[8]韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟[J]. 陈磊,周风华,汤铁钢. 力学学报. 2011(05)
[9]爆炸膨胀环实验数据处理方法讨论[J]. 汤铁钢,桂毓林,李庆忠,陈永涛,童慧峰,刘仓理. 爆炸与冲击. 2010(05)
[10]脆性固体碎裂过程中的最快卸载特性[J]. 周风华,郭丽娜,王礼立. 固体力学学报. 2010(03)
博士论文
[1]电磁加载下金属膨胀环的动态断裂与碎裂研究[D]. 桂毓林.中国工程物理研究院 2007
硕士论文
[1]基于SHPB的液压膨胀环实验研究[D]. 张佳.宁波大学 2017
本文编号：3343986
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