20CrMnTi在冲击荷载作用下动态断裂行为研究
发布时间：2021-10-08 07:51
随着现代航空航天、军事、核工业反应堆等的飞速发展,金属材料抵抗断裂性能的要求也越来越高,尤其是对动态断裂性能的要求。金属材料动态断裂行为的研究涉及到断裂力学、材料力学、动力学和材料科学等多门学科间的交叉与综合。目前,动态断裂力学还没有形成较完善的理论体系,同时由于试验装置及试验技术的限制,使得动态断裂力学理论研究发展比较缓慢。文献中查阅到的一些测试方法及理论都存在着一些缺陷甚至错误,不能够成为工程应用中的评价标准。因此,研究材料的动态断裂行为具有十分重要的现实工程意义。本文对金属材料20CrMnTi在冲击荷载作用下的动态断裂行为进行研究,研究工作如下:本文首先介绍了断裂力学的一些基本理论,包括线弹性断裂理论和弹塑性断裂理论,为下文动态断裂韧性的研究提供理论基础。然后对预制裂纹的标准夏比冲击试样进行示波冲击试验,基于柔度变化率方法,结合在示波冲击试验下得到的载荷位移关系曲线,计算出20CrMnTi在摆锤冲击作用下的裂纹起裂点。再依据试验获得的载荷位移关系曲线、能量位移关系曲线,通过Schindler方法、关键曲线法和J积分迭代法分别计算出动态裂纹扩展阻力曲线,结果对比表明,使用J积分迭代...
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种基本断裂模型
图 1.2 夏比摆锤冲击实验装置Fig.1.2 Charpy pendulum impact test device（2） 落锤试验机落锤实验机由落锤从不同高度自由落体落下冲击被测物体，根据物体被冲断锤所在高度判断被测物体的抗冲击韧性，落锤下落距离越大表明材料的抗冲击能越好。由能量守恒定律可知，落锤的冲击速度由落锤的初始下落高度决定，一般情下，冲击速度在 5-15m/s 范围内，应变率ε 一般取值为 102-103s-1。依据不同的加载速率和试验方法，测试动态断裂韧性ID的试验装置有多种，比较常用的是摆锤式冲击试验机和落锤试验机，在三点弯曲试验装置中，我们过贴在压头上的应变片采集应变信号，由应变值转化为外加载荷的大小。STM 标准中认为试件在冲击过程中处于平衡状态，也就是说施加载荷和支座反
用来加载一些含裂纹试样[11]。随着实验装置和测试技术的不断提升，现在仪器的基本构造示意图如图 1.3 所示。Hopkinson 压杆装置的核心部分是两段弹性波传播杆，即输入杆和输出杆，让试样夹在两传播杆中间。应力波由打击杆撞击输入杆的端部产生并在两杆之间传播。当打击杆产生的应力波传到输入杆后，经输入杆传播到输出杆并反射，当反射波传到打击杆时完成了一次输入杆的卸载。从而在输入杆中将产生波长为输入杆长度的两倍的入射应力波。当输入杆中的入射应力波到达被撞击试样时，一部分由于杆和试样横截面积不等和波阻不匹配而反射回输入杆，形成反射应力波，另一部分则穿过试样到达输出杆并形成透射应力波，透射应力波再由吸收杆捕获，最后传感器采集信号。在使用 Hopkinson 压杆测试时，都会做两个假设处理：（1）平面假设，即应力波在系统内传播始终处于一个平面， 且应力波只会沿着杆的长度方向传播，也就是说我们可以忽略横向效应。（2）均匀性假设，即假设应力沿杆方向均匀分布，也就是忽略了杆的纵向效应。
【参考文献】：
期刊论文
[1]周边切口短圆柱试件的杆杆型冲击拉伸试验系统的弹塑性有限元分析[J]. 宫能平,夏源明. 固体力学学报. 2002(02)
[2]船用921A钢动态断裂韧性测试研究[J]. 姜风春,刘瑞堂,刘殿魁. 实验力学. 1999(01)
[3]裂纹动态起始问题的研究进展[J]. 赵亚溥. 力学进展. 1996(03)
[4]用裂纹张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子[J]. 李玉龙,刘元镛. 爆炸与冲击. 1993(03)
[5]摆锤式块杆型冲击拉伸试验装置的动力学系统简化分析[J]. 夏源明,袁建明,杨报昌. 力学学报. 1991(02)
博士论文
[1]金属材料动态断裂韧性的表征与测试[D]. 邹广平.哈尔滨工程大学 2005
硕士论文
[1]合金元素和轧制工艺对20CrMnTi棒材组织性能的影响研究[D]. 彭振宇.湖南大学 2012
本文编号：3423735
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种基本断裂模型
图 1.2 夏比摆锤冲击实验装置Fig.1.2 Charpy pendulum impact test device（2） 落锤试验机落锤实验机由落锤从不同高度自由落体落下冲击被测物体，根据物体被冲断锤所在高度判断被测物体的抗冲击韧性，落锤下落距离越大表明材料的抗冲击能越好。由能量守恒定律可知，落锤的冲击速度由落锤的初始下落高度决定，一般情下，冲击速度在 5-15m/s 范围内，应变率ε 一般取值为 102-103s-1。依据不同的加载速率和试验方法，测试动态断裂韧性ID的试验装置有多种，比较常用的是摆锤式冲击试验机和落锤试验机，在三点弯曲试验装置中，我们过贴在压头上的应变片采集应变信号，由应变值转化为外加载荷的大小。STM 标准中认为试件在冲击过程中处于平衡状态，也就是说施加载荷和支座反
用来加载一些含裂纹试样[11]。随着实验装置和测试技术的不断提升，现在仪器的基本构造示意图如图 1.3 所示。Hopkinson 压杆装置的核心部分是两段弹性波传播杆，即输入杆和输出杆，让试样夹在两传播杆中间。应力波由打击杆撞击输入杆的端部产生并在两杆之间传播。当打击杆产生的应力波传到输入杆后，经输入杆传播到输出杆并反射，当反射波传到打击杆时完成了一次输入杆的卸载。从而在输入杆中将产生波长为输入杆长度的两倍的入射应力波。当输入杆中的入射应力波到达被撞击试样时，一部分由于杆和试样横截面积不等和波阻不匹配而反射回输入杆，形成反射应力波，另一部分则穿过试样到达输出杆并形成透射应力波，透射应力波再由吸收杆捕获，最后传感器采集信号。在使用 Hopkinson 压杆测试时，都会做两个假设处理：（1）平面假设，即应力波在系统内传播始终处于一个平面， 且应力波只会沿着杆的长度方向传播，也就是说我们可以忽略横向效应。（2）均匀性假设，即假设应力沿杆方向均匀分布，也就是忽略了杆的纵向效应。
【参考文献】：
期刊论文
[1]周边切口短圆柱试件的杆杆型冲击拉伸试验系统的弹塑性有限元分析[J]. 宫能平,夏源明. 固体力学学报. 2002(02)
[2]船用921A钢动态断裂韧性测试研究[J]. 姜风春,刘瑞堂,刘殿魁. 实验力学. 1999(01)
[3]裂纹动态起始问题的研究进展[J]. 赵亚溥. 力学进展. 1996(03)
[4]用裂纹张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子[J]. 李玉龙,刘元镛. 爆炸与冲击. 1993(03)
[5]摆锤式块杆型冲击拉伸试验装置的动力学系统简化分析[J]. 夏源明,袁建明,杨报昌. 力学学报. 1991(02)
博士论文
[1]金属材料动态断裂韧性的表征与测试[D]. 邹广平.哈尔滨工程大学 2005
硕士论文
[1]合金元素和轧制工艺对20CrMnTi棒材组织性能的影响研究[D]. 彭振宇.湖南大学 2012
本文编号：3423735
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