考虑材料微观塑性损伤的韧性断裂数值模拟

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1、中文摘要钢铁构件在生产和生活中的广泛应用，钢铁结构的日益大型化、高强化、结构的复杂化以及使用环境的严酷化，使得安全问题得到了人们的普遍关注。另一方面，在实际的钢结构的使用过程中，最大限度地发挥材料的潜能，可以节省大量资金和人力物力。因此对于韧性断裂的研究不仅具有理论价值，无疑还具有潜在的巨大的经济利益。随着冶金学的发展及冶金技术的提高，材料的韧性逐渐增强，因此对材料失效研究的重点也就由材料的脆性断裂转移到了韧性断裂上来。从上个世纪五六十年代以来，国内外从力学，冶金学等许多方面对于韧性材料的塑性变形以及

2、韧性断裂进行了广泛和深入研究．相继提出许多模型，并取得了丰硕的成果。目前应用最广泛的，理论较为完善的韧性断裂模型是Gurson在1975年提出，之后由Tvergaard进行修改完善的多孔微观机制模型(G～T模型)，该模型定量地描述了塑性变形量和空穴扩展的关系。进入九十年代以后，随着计算机技术的应用及发展，G—T模型在韧性断裂的数值研究中又有了新的应用。实际韧性材料在承载过程中会含有塑性损伤，正确描述微观塑性损伤对材料性能及韧性断裂过程的影响，对于评定材料的安全以及使用的可靠性，将具有重大的理论和现实意

3、义。本研究采用X65管线钢为实验材料，对其进行了单轴拉伸实验和三点弯曲实验；在考虑材料内部塑性损伤的基础之上，通过有限元数值方法(本研究采用的是特殊单元模型法)，编制求解韧性断裂特征参量的程序，模拟材料的韧性断裂过程，由标准三点弯曲试样的阻力曲线测试结果，得出反映材料微观损伤的控制参量，再根据该参量对同种材料的单轴拉伸实验进行定量预测，即实现从一种实验结果预测同种材料的其他实验结果，并分析了三点弯曲试件裂纹尖端应力场的分布情况。结果表明在韧性裂纹扩展时考虑塑性损伤的特殊单元模型能够很好地描述材料的韧性

4、断裂过程以及实现同种材料不同实验间的相互预测。关键词：X65钢塑性损伤韧性断裂三点弯数值模拟ABSTRACTABSTI己ACTTheapplicationofthesteelcomponentintheproductionandlifeabroad，thebigness，highintensity,complexityofthesteelstructure，inclemencyofthecircumstancemakestheissuesofsafetytobefocused．Ontheotherha

5、nd,intheprocessofusingthesteelstructure，bringingthematerial’SpotentialintoplayfurthestCansaveagreatdealoffunds，manpowerandmaterialresources．Sotheresearchesabouttheductilefracturehavenotonlythevalueoftheory,butalsotheunderlyingmarketbenefit．Withthedevelo

6、pmentofmetallurgyandtheimprovementofmetallurgictechnology,theductilityofmaterialisboostedup，SOtheresearchofthematerial’Sinvalidationistrans；ferredfromthebrittlefracturetotheductilefracture．Fromthemiddleageof20thcentury,theductiledistortionandfracturehav

7、ebeenlucubrmedbroadlyinmanyfieldssuchasmechanicsandmetallurgyetc．，andmanysimulatedmodelsalsohavebeenputforward．NowtheductilefracturemodelwhichisappliedbroadlyandwhosetheoryisconsummatedcorrespondinglyistheGurson-TvergaardModelrG—TModel)thatwasbroughtfor

8、wardbyGursonin1975andlateramendedbyTvergaard．Thismodeldescribestherelationbetweentheductiledistortionandtheextendingofthevoids．Inthelastdecadeofthe20th，withtheapplicationanddevelopmentofthecomputertechnology,theG-TModelhasbeenput