基于小冲杆试验的X80管道钢断裂韧性研究
发布时间：2021-04-11 10:16
以X80管道钢为研究对象开展基于小冲杆试验的断裂韧性研究。设计一种环形缺口小冲杆试样,建立环形缺口位置、关键几何参数确定方法,基于所设计试样开展试验及数值模拟,在数值模拟可靠性验证基础上判断试样的起裂位移,结合围线积分方法确定基于小冲杆试验的断裂韧性,并与标准断裂韧性试验所得结果进行关联。结果表明:所提出的以最大等效塑性应变处作为环形缺口预制位置是合理的,所建立的小冲杆试验与标准断裂韧性试验测试结果关联模型可广泛用于多种材料。
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
小冲杆试验装置原理图
小冲杆试样为圆片式轴对称结构,模型简化为二维轴对称模型。模型尺寸与试验试样一致,试样厚度h为0.5 mm,直径d1取为10 mm,在保证计算精度的基础上,采用四节点缩减积分单元CAX4R对模型进行均匀网格划分;冲头和上下夹具尺寸均与试验装置设为一致,不考虑三者变形,均简化为解析刚体分析。分别对上下夹具施加固定约束,对试样中心边界设置轴对称约束,在试样与冲头夹具之间设置接触。图2为常规小冲杆试验有限元模型示意图。采用GTN模型模拟小冲杆试验过程中试样的弹塑性变形、损伤与断裂行为。GTN模型是由Gurson提出,后经Tvergaard和Needleman验证和修正的一种表征孔洞演化过程和预测材料的起裂和扩展的细观损伤模型。小冲杆试验有限元模型材料参数的定义分为两部分:一部分是材料弹塑性参数定义;另一部分是材料损伤参数定义。前者以单轴拉伸试验结果为依据,如图3所示;后者结合文献中常用参数并经过大量试算确定,最终确定下的损伤参数模拟结果与试验结果最为接近,如图4所示。
式中,Req为宏观Mises等效应力;ReL为材料屈服强度;RH为宏观静水应力;q1、q2、q3为材料损伤参数,分别为1.5、1、2.25;f*为孔洞体积分数;fc和fF分别为临界聚合孔洞和断裂孔洞体积分数,分别为0.03和0.15。图4 标准小冲杆试验及数值模拟载荷位移曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]小冲孔试验弹塑性变形行为及力学性能评价方法研究（英文）[J]. 杨思晟,凌祥,杜鹏. Journal of Central South University. 2018(04)
[2]基于裂纹尖端张开角含轴向穿透裂纹X80管道极限压力预测[J]. 曹宇光,甄莹,贺娅娅,张士华,孙永泰,衣海娇,刘帆. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]基于等效缺陷尺寸在役焊接安全性评价研究[J]. 王勇,孙启平,韩涛,张波,卢玉秀. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]油气储运理论与技术进展[J]. 张劲军,何利民,宫敬,李玉星,宇波,刘刚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2013(05)
[5]带环形裂纹的微试样小冲杆试验法测试材料断裂韧性探讨[J]. 关凯书,徐一飞,喻灿,陈吉. 塑性工程学报. 2012(06)
[6]小冲杆试验方法标准化研究（一）——通用要求[J]. 徐彤,寿比南,关凯书,王志文. 压力容器. 2010(07)
[7]COD与J积分的尺寸效应及其一致性[J]. 王承忠,吴素生,钟文达. 化工与通用机械. 1981(02)
博士论文
[1]利用小冲杆试验与Beremin模型估算Q345R韧脆转变区[D]. 徐一飞.华东理工大学 2014
[2]材料微观结构和试样厚度对小冲杆试验的影响[D]. 宋明.华东理工大学 2013
硕士论文
[1]环形裂纹小冲杆试样精度确定和试验研究[D]. 朱锦斌.华东理工大学 2016
[2]用反向有限元法从小冲杆试验中获得材料的断裂韧性参数[D]. 章骁程.华东理工大学 2014
[3]小冲杆试验获得材料JIC的经验关联和环形缺口试样法研究[D]. 喻灿.华东理工大学 2014
本文编号：3131072
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
小冲杆试验装置原理图
小冲杆试样为圆片式轴对称结构,模型简化为二维轴对称模型。模型尺寸与试验试样一致,试样厚度h为0.5 mm,直径d1取为10 mm,在保证计算精度的基础上,采用四节点缩减积分单元CAX4R对模型进行均匀网格划分;冲头和上下夹具尺寸均与试验装置设为一致,不考虑三者变形,均简化为解析刚体分析。分别对上下夹具施加固定约束,对试样中心边界设置轴对称约束,在试样与冲头夹具之间设置接触。图2为常规小冲杆试验有限元模型示意图。采用GTN模型模拟小冲杆试验过程中试样的弹塑性变形、损伤与断裂行为。GTN模型是由Gurson提出,后经Tvergaard和Needleman验证和修正的一种表征孔洞演化过程和预测材料的起裂和扩展的细观损伤模型。小冲杆试验有限元模型材料参数的定义分为两部分:一部分是材料弹塑性参数定义;另一部分是材料损伤参数定义。前者以单轴拉伸试验结果为依据,如图3所示;后者结合文献中常用参数并经过大量试算确定,最终确定下的损伤参数模拟结果与试验结果最为接近,如图4所示。
式中,Req为宏观Mises等效应力;ReL为材料屈服强度;RH为宏观静水应力;q1、q2、q3为材料损伤参数,分别为1.5、1、2.25;f*为孔洞体积分数;fc和fF分别为临界聚合孔洞和断裂孔洞体积分数,分别为0.03和0.15。图4 标准小冲杆试验及数值模拟载荷位移曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]小冲孔试验弹塑性变形行为及力学性能评价方法研究（英文）[J]. 杨思晟,凌祥,杜鹏. Journal of Central South University. 2018(04)
[2]基于裂纹尖端张开角含轴向穿透裂纹X80管道极限压力预测[J]. 曹宇光,甄莹,贺娅娅,张士华,孙永泰,衣海娇,刘帆. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]基于等效缺陷尺寸在役焊接安全性评价研究[J]. 王勇,孙启平,韩涛,张波,卢玉秀. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]油气储运理论与技术进展[J]. 张劲军,何利民,宫敬,李玉星,宇波,刘刚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2013(05)
[5]带环形裂纹的微试样小冲杆试验法测试材料断裂韧性探讨[J]. 关凯书,徐一飞,喻灿,陈吉. 塑性工程学报. 2012(06)
[6]小冲杆试验方法标准化研究（一）——通用要求[J]. 徐彤,寿比南,关凯书,王志文. 压力容器. 2010(07)
[7]COD与J积分的尺寸效应及其一致性[J]. 王承忠,吴素生,钟文达. 化工与通用机械. 1981(02)
博士论文
[1]利用小冲杆试验与Beremin模型估算Q345R韧脆转变区[D]. 徐一飞.华东理工大学 2014
[2]材料微观结构和试样厚度对小冲杆试验的影响[D]. 宋明.华东理工大学 2013
硕士论文
[1]环形裂纹小冲杆试样精度确定和试验研究[D]. 朱锦斌.华东理工大学 2016
[2]用反向有限元法从小冲杆试验中获得材料的断裂韧性参数[D]. 章骁程.华东理工大学 2014
[3]小冲杆试验获得材料JIC的经验关联和环形缺口试样法研究[D]. 喻灿.华东理工大学 2014
本文编号：3131072
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