[發(fā)明專利]測量落錘撕裂試驗材料真實斷裂能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810859578.0
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN108918253B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于培師;徐旦
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫洲翔成套焊接設(shè)備有限公司
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/303
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;屠志力

本發(fā)明提供一種測量落錘撕裂試驗材料真實斷裂能的方法，利用落錘撕裂試驗中的測得的沖擊力?位移曲線、裂紋尖端張開角?裂紋擴展長度曲線和裂紋擴展長度?時間曲線對本發(fā)明所需的牽引力?分離準(zhǔn)則中的K,α,σ₀和δ_max進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)而基于標(biāo)定的K,α,σ₀和δ_max利用有限元法對沖擊載荷下的落錘撕裂試驗進(jìn)行模擬，基于模擬結(jié)果對落錘撕裂試驗中總的能量耗散進(jìn)行分析，并對穩(wěn)態(tài)裂紋擴展階段的斷裂能在總能量耗散中所占比例進(jìn)行計算，獲得斷裂能與整體能量耗散的比值，將上述比值與模擬得到的沖擊力?位移曲線積分結(jié)果相乘，得到材料真實的斷裂能。本發(fā)明具有成本低、流程簡單方便的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及測量技術(shù)在材料斷裂試驗下的應(yīng)用，具體為一種用于測量落錘撕裂試驗材料真實斷裂能的方法。

背景技術(shù)

國內(nèi)外許多科學(xué)和工程技術(shù)人員曾對材料的動態(tài)斷裂韌性進(jìn)行研究，發(fā)展了落錘撕裂試驗方法和測試裝置。盡管現(xiàn)有的這些方法和裝置能夠測得材料在發(fā)生動態(tài)斷裂時裂紋的擴展速度、裂紋張開角以及試件整體的能量耗散，但事實上，針對驅(qū)動材料發(fā)生裂紋擴展的有效能量的測量(即材料在動態(tài)斷裂時的真實斷裂能)卻無法測量，因為測定的試件整體能量耗散不可避免的包含了對裂紋擴展無直接貢獻(xiàn)的各種材料塑性變形所吸收的能量，從而使得測定的結(jié)果顯著高于材料的真實動態(tài)斷裂能，帶來極大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種測量落錘撕裂試驗材料真實斷裂能的方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)落錘撕裂試驗中材料真實斷裂能的測量。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種測量落錘撕裂試驗材料真實斷裂能的方法，包括以下步驟：

步驟S1，對于落錘撕裂試驗，根據(jù)內(nèi)聚力模型中牽引力-分離規(guī)律的四個參數(shù)K，δ₀，δ_max和α的初始值，建立相關(guān)的有限元模型；

K為彈性剛度，δ₀為損傷開始時的臨界分離位移，δ_max斷裂分離位移,α為與材料韌性相關(guān)的參數(shù)，對于脆性材料取α1，對于韌性材料取α1；

步驟S2，基于步驟S1建立的有限元模型對落錘撕裂試驗進(jìn)行模擬，并提取沖擊力-位移曲線、裂紋尖端張開角-裂紋擴展長度和裂紋擴展長度-時間曲線；

通過落錘撕裂試驗測定沖擊力-位移曲線、裂紋尖端張開角-裂紋擴展長度和裂紋擴展長度-時間曲線；

將基于有限元模型模擬得到的沖擊力-位移曲線、裂紋尖端張開角-裂紋擴展長度和裂紋擴展長度-時間曲線分別與試驗測定得到的沖擊力-位移曲線、裂紋尖端張開角-裂紋擴展長度和裂紋擴展長度-時間曲線進(jìn)行對比，根據(jù)誤差不斷調(diào)整K，δ₀，δ_max和α的值，直至模擬所得曲線與相應(yīng)的試驗所得曲線趨向吻合；

步驟S3，將基于試驗校正過的K，δ₀，δ_max和α的值帶入有限元模型中，對落錘撕裂試驗中總的能量耗散進(jìn)行分析；

步驟S4，對穩(wěn)態(tài)裂紋擴展階段的斷裂能進(jìn)行計算，獲得穩(wěn)態(tài)裂紋擴展階段斷裂能在整體能量耗散中所占比例R；

根據(jù)模擬得到的沖擊力-位移曲線積分計算穩(wěn)態(tài)裂紋擴展階段整體能量耗散W_t；

將上述比例R與模擬得到的沖擊力-位移曲線積分結(jié)果W_t相乘，得到材料真實的斷裂能W_f。

具體地，步驟S1中，所述內(nèi)聚力模型中牽引力-分離規(guī)律的公式表示為：