面内/面外统一拘束参数及其与材料及焊接接头断裂韧性的关联
发布时间：2023-06-03 22:31
裂尖拘束对材料与结构的断裂行为及韧性具有显著的影响,在结构完整性评定中,需要准确地纳入这种影响。拘束分为面内拘束和面外拘束,对二者各自己有一些表征参数,但对于实际结构中的三维(3D)裂纹,面内与面外拘束同时存在,如何用一个参数统一地定量表征这种复合拘束,并建立其与材料及焊接接头断裂韧性的统一关联,是结构完整性领域需要研究的重要基础性问题之一。 本文通过数值计算、实验和理论分析相结合的方法,主要研究面内与面外裂尖拘束的统一表征参数及其与材料和焊接接头断裂韧性的统一关联,并初步探索了统一拘束参数在弹塑性结构完整性评定中的应用。研究主要结论如下： (1)基于裂尖前等效塑性应变(εp)等值线所围区域的面积,定义了一个新的面内与面外统一的拘束表征参数Ap。研究发现不同面内/面外拘束及其复合条件下材料的无量纲断裂韧性Jc/Jref与统一拘束参数√Ap之间存在线性关系。Jc/Jref-√Ap关联线与所选择的εp等值线无关,只取决于材料,它统一地表征了不同面内/面外裂尖拘束状态对材料断裂韧性的影响。 (2)进一步研究发现,拘束参数Ap也可以统一地表征面内/面外几何拘束和焊接接头中的材料拘束。基于不同面...
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 拘束断裂理论与研究现状
1.2.1 拘束断裂力学理论的发展
1.2.2 纳入拘束效应的局部法损伤断裂模型
1.2.3 纳入拘束效应的结构完整性评定方法
1.3 目前研究存在的问题
1.4 本文研究内容
第2章 基于裂尖等效塑性应变的面内/面外拘束的统一表征参数
2.1 引言
2.2 实验与有限元模拟
2.2.1 材料和试样
2.2.2 静态裂纹有限元模型
2.2.3 GTN损伤模型与延性断裂模拟
2.2.4 GTN模型参数的实验标定
2.3 有限元模拟结果及讨论
2.3.1 不同J时所对应的εp等值线面积
2.3.2 J-R阻力曲线
2.3.3 不同拘束条件下断裂韧性与三轴应力因子Tf的关联
2.3.4 不同拘束试样断裂韧性与APEEQ的关联
2.3.5 面内与面外拘束的统一表征参数
2.4 本章小结
第3章 面内/面外拘束参数与不同试样断裂韧性的统一关联
3.1 引言
3.2 有限元模拟
3.2.1 材料和试样
3.2.2 静态裂纹有限元模拟
3.2.3 GTN损伤模型与延性断裂模拟
3.2.4 J-R阻力曲线的确定
3.3 有限元模拟结果及讨论
3.3.1 J-R阻力曲线
3.3.2 试样几何和加载方式引起的面内、面外拘束的统一表征
3.3.3 面内/面外拘束与A508-3合金钢断裂韧性的统一关联
3.4 本章小结
第4章 双金属材料界面裂纹的面内/面外拘束与断裂韧性的统一关联
4.1 引言
4.2 有限元模拟
4.2.1 双金属接头材料
4.2.2 试样几何尺寸
4.2.3 静态裂纹有限元模型
4.2.4 GTN损伤模型与延性断裂模拟
4.3 有限元模拟结果及讨论
4.3.1 J-R阻力曲线
4.3.2 不同J时所对应的εp等值线面积
4.3.3 不同拘束条件下断裂韧性与APEEQ的关联
4.3.4 面内拘束与面外拘束的统一表征
4.4 本章小结
第5章 面内/面外拘束对异种金属焊接接头局部断裂阻力和断裂机理的影响
5.1 引言
5.2 实验方法和程序
5.2.1 材料和试样
5.2.2 实验与观察
5.3 断裂实验结果
5.3.1 异种金属焊接接头的局部裂纹扩展阻力
5.3.2 面内拘束对Crack 2局部断裂阻力的影响机理
5.3.3 面内拘束对Crack 3局部断裂阻力影响的机理
5.3.4 面外拘束对Crack 2断裂机理的影响
5.3.5 面外拘束对Crack 3断裂机理的影响
5.3.6 面内/面外拘束对异种金属焊接接头完整性评定的影响
5.4 本章小结
第6章 面内/面外拘束与异种金属焊接接头断裂韧性的统一关联
6.1 引言
6.2 实验方法
6.3 有限元模拟
6.3.1 静态裂纹有限元模型
6.3.2 局部力学性能
6.4 结果及讨论
6.4.1 J-R阻力曲线及断裂韧性
6.4.2 不同J时所对应的εp等值线面积
6.4.3 面内拘束与面外拘束的统一表征
6.5 本章小节
第7章 面内与面外统一拘束参数应用的初步研究
7.1 引言
7.2 统一拘束参数Ap在预测3D裂纹起裂位置方面的应用
7.2.1 材料和试样
7.2.2 有限元模拟
7.2.3 结果与讨论
7.3 纳入拘束效应的管道裂纹的断裂预测
7.3.1 材料和裂纹尺寸
7.3.2 有限元计算方法
7.3.3 结果与讨论
7.4 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 主要结论
8.2 论文创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士期间发表的论文
本文编号：3830162
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 拘束断裂理论与研究现状
1.2.1 拘束断裂力学理论的发展
1.2.2 纳入拘束效应的局部法损伤断裂模型
1.2.3 纳入拘束效应的结构完整性评定方法
1.3 目前研究存在的问题
1.4 本文研究内容
第2章 基于裂尖等效塑性应变的面内/面外拘束的统一表征参数
2.1 引言
2.2 实验与有限元模拟
2.2.1 材料和试样
2.2.2 静态裂纹有限元模型
2.2.3 GTN损伤模型与延性断裂模拟
2.2.4 GTN模型参数的实验标定
2.3 有限元模拟结果及讨论
2.3.1 不同J时所对应的εp等值线面积
2.3.2 J-R阻力曲线
2.3.3 不同拘束条件下断裂韧性与三轴应力因子Tf的关联
2.3.4 不同拘束试样断裂韧性与APEEQ的关联
2.3.5 面内与面外拘束的统一表征参数
2.4 本章小结
第3章 面内/面外拘束参数与不同试样断裂韧性的统一关联
3.1 引言
3.2 有限元模拟
3.2.1 材料和试样
3.2.2 静态裂纹有限元模拟
3.2.3 GTN损伤模型与延性断裂模拟
3.2.4 J-R阻力曲线的确定
3.3 有限元模拟结果及讨论
3.3.1 J-R阻力曲线
3.3.2 试样几何和加载方式引起的面内、面外拘束的统一表征
3.3.3 面内/面外拘束与A508-3合金钢断裂韧性的统一关联
3.4 本章小结
第4章 双金属材料界面裂纹的面内/面外拘束与断裂韧性的统一关联
4.1 引言
4.2 有限元模拟
4.2.1 双金属接头材料
4.2.2 试样几何尺寸
4.2.3 静态裂纹有限元模型
4.2.4 GTN损伤模型与延性断裂模拟
4.3 有限元模拟结果及讨论
4.3.1 J-R阻力曲线
4.3.2 不同J时所对应的εp等值线面积
4.3.3 不同拘束条件下断裂韧性与APEEQ的关联
4.3.4 面内拘束与面外拘束的统一表征
4.4 本章小结
第5章 面内/面外拘束对异种金属焊接接头局部断裂阻力和断裂机理的影响
5.1 引言
5.2 实验方法和程序
5.2.1 材料和试样
5.2.2 实验与观察
5.3 断裂实验结果
5.3.1 异种金属焊接接头的局部裂纹扩展阻力
5.3.2 面内拘束对Crack 2局部断裂阻力的影响机理
5.3.3 面内拘束对Crack 3局部断裂阻力影响的机理
5.3.4 面外拘束对Crack 2断裂机理的影响
5.3.5 面外拘束对Crack 3断裂机理的影响
5.3.6 面内/面外拘束对异种金属焊接接头完整性评定的影响
5.4 本章小结
第6章 面内/面外拘束与异种金属焊接接头断裂韧性的统一关联
6.1 引言
6.2 实验方法
6.3 有限元模拟
6.3.1 静态裂纹有限元模型
6.3.2 局部力学性能
6.4 结果及讨论
6.4.1 J-R阻力曲线及断裂韧性
6.4.2 不同J时所对应的εp等值线面积
6.4.3 面内拘束与面外拘束的统一表征
6.5 本章小节
第7章 面内与面外统一拘束参数应用的初步研究
7.1 引言
7.2 统一拘束参数Ap在预测3D裂纹起裂位置方面的应用
7.2.1 材料和试样
7.2.2 有限元模拟
7.2.3 结果与讨论
7.3 纳入拘束效应的管道裂纹的断裂预测
7.3.1 材料和裂纹尺寸
7.3.2 有限元计算方法
7.3.3 结果与讨论
7.4 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 主要结论
8.2 论文创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士期间发表的论文
本文编号：3830162
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