45钢椭圆孔板应力集中的应变率效应

发布时间：2021-10-24 05:59

　　含孔板的应力集中问题一直是结构安全评估的重要研究课题。许多学者研究了线弹性孔板在静态载荷下的应力集中问题,包括孔的形状,材料的各向异性和加载方向等因素的影响。然而,当孔板承受动态载荷发生塑性变形时,应力应变关系的非线性和应变率效应会导致应力集中与线弹性结果有明显的不同。因此,基于Johnson-Cook模型,对45号钢含孔板孔边的动态应力集中问题进行了系统的有限元分析。研究结果表明,塑性应力集中系数不仅取决于加载大小（应变）而且还取决于加载速度（应变速率）。给定远端应变1%,在平面应力状态下:圆孔板在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高10%;对于形状因子（短轴/长轴）为0. 5的椭圆孔板,在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高11%。 

【文章来源】：机械强度. 2020,42(03)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同应变率下的应力应变关系曲线

其中，σ∞是施加在试样顶部和底部的远端应力。由于孔根部的应力存在三维效应，应力集中系数(Kσ)会沿着厚度方向发生变化。因此，在不同厚度条件下，研究应力集中系数沿着厚度方向(z=0～B/2)的分布。为了清晰表达应力集中系数的最大值，中性面值(z=0)和表面值(z=B/2)，分别定义为(Kσ)max,(Kσ)mp和(Kσ)surf。平面应力状态下，应力集中系数定义为(Kσ)2D。1.3 有限元模型的单元和网格划分

在本文中，所有模拟均采用基于率相关的材料模型和C3D8单元的Abaqus/Explicit模块。由于模型的对称性，仅对整个试样的1/8(半宽，半高和半厚)建立有限元模型进行分析。有限元模型的边界条件设置为对称约束，顶端施加动态载荷，采用位移控制法保证加载速度保持不变。为了更好地适应自由表面层附近强烈的应力梯度变化，单元层厚度从板的中性面向自由表面逐渐加密。四分之一椭圆的半弧(图2中的蓝线标记)划分成10个网格，偏差因子为0.25;而相应的厚度方向的层数(B/a=0～10)为1～40，偏差因子为1～0.1。以a=5 mm,t=b/a=1,B/a=3为例，该有限元模型包含49 120个单元，53 629个节点，如图3所示。在有限元模拟过程中，模型的网格划分越精密，获得的结果就越精确。因此，为了验证有限元模型划分网格的精密程度，选取现有的网格模型(图2椭圆弧划分15个单元，厚度方向划分40个单元)和较粗的网格模型(图2椭圆弧划分10个单元，厚度方向划分30个单元)进行对比分析。以t=1,B/a=3，ε∞=1%为例，远端应变率6)ε∞=10/s下的Kσ/(Kσ)mp沿

【参考文献】：
期刊论文
[1]含中心圆孔有限板动应力集中问题的有限元分析[J]. 李伟,王启智.  机械强度. 2005(05)
[2]45号钢的动态力学性能研究[J]. 胡昌明,贺红亮,胡时胜.  爆炸与冲击. 2003(02)
[3]有限域中高精度应力集中系数和应力强度因子表达式[J]. 王启智.  机械强度. 2001(03)
[4]板壳结构开孔动静应力集中问题的研究[J]. 胡超,马兴瑞,黄文虎.  哈尔滨工业大学学报. 1999(02)
[5]无限大板开孔弹性波的散射及动应力集中[J]. 胡超,刘殿魁.  哈尔滨电工学院学报. 1995(02)
[6]应力集中和表面状态对疲劳强度影响的研究[J]. 曾春华.  机械强度. 1981(03)



本文编号：3454719