[發明專利]一種彈塑性斷裂韌性試驗鈍化線方程分析方法

在審

• 申請號: 202010946602.1
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112098208A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 張旭;梁兵兵;殷海峰;湯劍飛
• 申請（專利權）人: 上海核工程研究設計院有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 劉寧

本發明在于公開一種彈塑性斷裂韌性試驗鈍化線方程分析確定方法，通過對高韌性材料在斷裂韌性試驗中的鈍化過程進行數值模擬研究，有效解決鈍化階段試驗數據擬合難以獲取鈍化線和規范中鈍化線方程不適用性問題，能夠獲得更加符合材料性能特征且準確有效的鈍化線方程；基于裂紋尖端鈍化的物理過程建立符合實際的有限元模型，采用有限元方法進行試樣裂紋鈍化過程的數值模擬，分析確定材料鈍化過程中的鈍化線方程，能夠為最終確定高韌性材料的J?R阻力曲線和斷裂起裂J積分測試的技術方案提供理論支撐，通過有限元分析獲得的鈍化線方程的結果精度較高，與材料的鈍化過程吻合較好，針對不同材料和不同幾何開展驗證分析，具有較好的可重復性和可靠性。

技術領域

本發明涉及一種鈍化線方程分析方法，特別涉及一種彈塑性斷裂韌性試驗鈍化線方程分析方法。

背景技術

鈍化線斜率是材料斷裂韌性試驗數據有效性判定的關鍵影響因素，傳統的試驗數據擬合方法受到測試精度影響非常明顯，具有一定局限性。

在核電、石油化工、船舶等領域，高韌性金屬材料應用非常廣泛，基于材料良好的斷裂韌性的彈塑性斷裂力學分析評估方法正逐步發展。材料的彈塑性斷裂韌性J-R阻力曲線和臨界起裂值J_IC是表征材料抵抗彈塑性斷裂的主要參數。

延性金屬材料斷裂韌性過程中，裂紋尖端在起裂前首先出現鈍化，鈍化過程會對試驗產生明顯影響。為了消除鈍化過程對判斷斷裂韌性參數的影響，引入鈍化線方程來對無效數據進行排除。鈍化線方程是用來描述試樣在裂紋鈍化過程中J積分與伸張區寬度之間的關系的方程。鈍化過程的結束是穩定斷裂的開始，鈍化線方程既是有效數據的篩選線，又是確定臨界值的構造線，是確定臨界起裂值的關鍵參數，是斷裂韌性測試過程中最關鍵的判據。

目前，主流的測試規范包括國際標準ISO 12135、美標ASTM E1820和國標GB/T21143等，其中國標是對標ISO 12135標準的2002版制定的，ISO標準和ASTM標準中對材料鈍化線的規定也不盡一致，對于鍛造奧氏體不銹鋼材料等具有屈強比低、韌性好和硬化能力強等方面的優良性能，在試驗過程中發現試樣裂紋尖端嚴重鈍化對試驗造成明顯影響。這一影響主要體現在鈍化線方程斜率與材料實際鈍化過程嚴重不符，這個給材料J-R阻力曲線測試過程帶來困難，造成有效數據的篩選不準確和起裂臨界值J_IC偏大等問題。

目前，通常采用的鈍化線修正方法多基于經驗值或者分析法估算，缺乏充足的理論依據和試驗論證，與材料本身鈍化行為特征存在差異。

因此，特別需要一種彈塑性斷裂韌性試驗鈍化線方程分析方法，以解決上述現有存在的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種彈塑性斷裂韌性試驗鈍化線方程分析確定方法，針對現有技術的不足，基于彈塑性斷裂力學理論，采用有限元分析方法，能夠準確反應材料的鈍化特征，適用于確定不同性能材料的鈍化線方程。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

一種彈塑性斷裂韌性試驗鈍化線方程分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)材料性能本構關系確定：獲得材料的真應力應變性能曲線，作為建立有限元模型進行分析計算的材料輸入；

(2)有限元模型建立：基于開展斷裂韌性測試的標準試樣的幾何結構建立標準斷裂韌性試樣斷裂力學模型；

(3)裂紋尖端有限元分析網格設計：有限元分析是基于材料真應力應變曲線性能的彈塑性斷裂力學分析，需要進行合理準確的斷裂力學有限元網格設計，確保結算能夠實現裂紋尖端鈍化過程的準確模擬；