[發明專利]基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法

在審

• 申請號: 202010478932.2
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111767664A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 杜偉;婁琦;李群
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C60/00;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

1.基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，針對小厚度試樣進行斷裂韌性測試，獲得金屬材料的非平面應變斷裂韌性K_Q⁰；所述小厚度試樣的厚度＜30mm；

步驟2，針對小厚度試樣，按照下式計算得到金屬材料的非平面應變斷裂韌性K_Q⁰對應的臨界啟裂能量釋放率G₁’；

式中，為斷裂時裂尖處的節點力kN；ΔC為裂紋擴展長度，mm；v_c、v_d分別為c點和d點相對于中心處O點的位移，mm；

步驟3，針對大厚度試樣，通過有限元軟件計算臨界啟裂能量釋放率G₁’對應的啟裂載荷值F₁’；所述大厚度試樣的厚度≥30mm；

步驟4，通過下述公式(1)和公式(2)計算金屬材料的斷裂韌性K_Q；

K_Q＝(FS/BW^3/2)×f(a/W) (2)

式中，F為步驟3得出的啟裂載荷值F₁’，kN；S為大厚度試樣跨距，mm；B為大厚度試樣厚度，mm；W為大厚度試樣寬度，mm；a為大厚度原始裂紋長度，mm；

步驟5，當步驟4計算的K_Q滿足的條件時，K_Q為金屬材料的平面應變斷裂韌性K_IC；其中，t為試樣厚度，σ₀為材料的屈服強度。

2.根據權利要求1所述的基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法，其特征在于，步驟2包括以下過程：

步驟2.1，通過有限元軟件構建小厚度試樣模型；

步驟2.2，通過式(1)計算非平面應變斷裂韌性K_Q⁰對應的臨界啟裂能量釋放率G₁’。

3.根據權利要求2所述的基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法，其特征在于，步驟2.1中的小厚度試樣模型的形狀和尺寸和步驟1中小厚度試樣的形狀和尺寸相同。

4.根據權利要求1所述的基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法，其特征在于，步驟3中，通過有限元軟件構建大厚度試樣模型，開始對整個大厚度試樣施加載荷值F，不斷增加F值，進行迭代計算，至F值對應的能量釋放率G’和步驟2中的臨界啟裂能量釋放率G₁’相等，裂紋開始啟裂，對應的F為啟裂載荷值F₁’。

5.根據權利要求5所述的基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法，其特征在于，步驟3中，施加載荷值F的初始值20kN，逐步增加載荷值F，單次增加值設為10kN，持續加載；每一次增加的載荷值F，對應一個能量釋放率G’。

6.根據權利要求1所述的基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法，其特征在于，所述有限元軟件為ANSYS或ABAQUS。

7.根據權利要求1所述的基于能量釋放率確定金屬材料平面應變斷裂韌性的方法，步驟1中，根據GB/T 211423《金屬材料準靜態斷裂韌度的統一試驗方法》進行小厚度試樣的斷裂韌性測試。