[發明專利]三維裂尖約束效應及三維裂尖等效應力場的表征方法

有效

• 申請號: 201810908117.8
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108918298B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 包陳;蔡力勛;何廣偉
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28
• 代理公司: 成都超凡明遠知識產權代理有限公司 51258
• 代理人: 李姿頤

本發明涉及材料延性斷裂韌性評估領域，具體而言，涉及一種三維裂尖約束效應及三維裂尖等效應力場的表征方法。對至少兩個構件進行延性斷裂韌性試驗，獲得荷載?位移試驗曲線。得到每一個構件的延性斷裂韌性值以及塑性功。建立三維約束表征參量與延性斷裂韌性值的線性關系。直接從斷裂韌性試驗中獲得三維裂尖約束表征參量，良好地反映三維約束效應，無需復雜的有限元分析。三維約束表征參量能夠表征三維裂尖等效應力場，借此關聯不同約束條件下的延性斷裂韌性。實際用于構件的斷裂韌性評價時僅需任意兩個不同構形或尺寸的試樣即可獲得考慮三維約束效應的斷裂韌性規律，大大節省工作量，適用性更加突出。

技術領域

本發明涉及材料延性斷裂韌性評估領域，具體而言，涉及一種三維裂尖約束效應及三維裂尖等效應力場的表征方法。

背景技術

材料延性斷裂韌性是用于結構安全評估的關鍵力學性能，通常用J積分或CTOD(裂尖張開位移)來表征，需要通過對經設計的含裂紋試樣進行斷裂試驗測試得到。

然而，由于裂紋尖端的應力狀態差異，不同構形和幾何尺寸試樣測得的斷裂韌性存在顯著差異，稱為裂尖約束效應。

如何將不同構形或幾何尺寸試樣得到的斷裂韌性進行統一一直是斷裂力學研究的熱點和難點。

隨著斷裂力學理論的發展，材料延性斷裂韌性從單參量控制的J積分或CTOD理論不斷向考慮裂尖約束效應的雙參數以及三參數理論發展。

已有研究雖提出了多種裂尖約束效應表征方法，但能夠真正描述三維裂尖約束效應的表征參量仍然缺乏。

現有技術中的表征方法常常需要借助精細的三維彈塑性有限元分析獲得被測試樣的裂尖應力場分布，然后借助較為復雜數據處理獲得相關計算參數。

另有的現有技術中，一些表征參數未能真正反映三維約束效應。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種三維裂尖約束效應表征方法，無需復雜的有限元分析，能夠良好地反映三維約束效應。

本發明的第二目的在于提供一種三維裂尖等效應力場的表征方法，能夠良好地描述三維裂紋的等效應力場。

本發明的第三目的在于提供一種評估金屬結構延性斷裂韌性的方法，操作簡單，大大節省工作量。

為了實現上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下：

一種三維裂尖約束效應表征方法，包括以下步驟：對至少兩個不同構件進行延性斷裂韌性試驗，獲得荷載-位移試驗曲線；根據荷載-位移試驗曲線得到每一個構件的延性斷裂韌性值以及塑性功；根據塑性功計算構件的三維約束表征參量；將三維約束表征參量與延性斷裂韌性值建立線性關系。

在本發明較佳的實施例中，根據延性斷裂韌性值以及塑性功計算構件的三維約束表征參量時，是根據公式1進行計算，公式1為：

其中，C_p為三維約束表征參量；N為應變硬化指數；U_p為塑性功；α為應變硬化系數；ε₀為參考屈服應變；σ₀為參考屈服應力；b為試樣韌帶長度；B為構件的厚度。

在本發明較佳的實施例中，進行延性斷裂韌性試驗是對至少兩個不同形狀的構件或者至少兩個不同大小的構件進行。

在本發明較佳的實施例中，得到構件的延性斷裂韌性值是對荷載-位移試驗曲線進行處理后計算得到。

在本發明較佳的實施例中，塑性功是根據擬合后的荷載-位移試驗曲線計算得到。