專(zhuān)利名稱(chēng)：一種韌性材料二維局部微缺陷群體損傷的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用損傷力學(xué)和固體力學(xué)守恒積分來(lái)測(cè)量韌性材料二維局部微缺陷群體損傷的方法。
背景技術(shù)：
韌性材料如金屬材料被廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)。由于使用期間的各種意外，表面或者內(nèi)部不可避免的出現(xiàn)局部的微缺陷群體損傷，許多損傷還是穿透性的，可以作為二維損傷處理。這些損傷直接影響著構(gòu)件的安全和服役壽命。評(píng)價(jià)這些損傷的級(jí)別、穩(wěn)定性、危險(xiǎn)
性非常重要。M積分參量的最早提出可以追溯到半個(gè)多世紀(jì)以前英國(guó)著名學(xué)者h(yuǎn)helby的開(kāi)創(chuàng)性的工作。在以后的幾十年里，人們逐步認(rèn)識(shí)了其在斷裂力學(xué)中的內(nèi)在的物理意義及其應(yīng)用前景，其表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種韌性材料二維局部微缺陷群體損傷的測(cè)量方法，其特征在于，包括下述步驟(1)已知韌性材料的彈性模量E、屈服應(yīng)力0γ、強(qiáng)度極限Ob> 0γ、冪硬化指數(shù)η > 1，冪硬化系數(shù)和斷裂韌性Kre，通過(guò)有限元計(jì)算對(duì)韌性材料平面大板中半徑為R的單個(gè)孔洞、單個(gè)長(zhǎng)軸為a，短軸為b的橢圓孔洞、半裂長(zhǎng)為a的單個(gè)中心對(duì)稱(chēng)裂紋在垂直方向受拉伸載荷條件下分別達(dá)到臨界狀態(tài)，即圓孔或者橢圓孔邊界材料已經(jīng)承受強(qiáng)度極限應(yīng)力 σ b，或者裂紋已經(jīng)承受斷裂韌性的載荷應(yīng)力Κκ，計(jì)算出在臨界狀態(tài)下，環(huán)繞孔洞或者裂紋外面的彈性區(qū)域一條閉合曲線上密集點(diǎn)的位移、應(yīng)變、應(yīng)力，再用差分方法計(jì)算位移的偏導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)資料，并且計(jì)算和確定在臨界狀態(tài)下，材料的屈服應(yīng)力σ γ包絡(luò)線，計(jì)算出臨界狀態(tài)下的非線性區(qū)面積和缺陷幾何面積之和為，圓= AZTnc+AgT ； 8種橢圓 CSr =二湘裂紋當(dāng)量幾何面積:4=c，共計(jì)10個(gè)數(shù)值備用；(2)由步驟(1)的所述的有限元方法計(jì)算出的應(yīng)變、應(yīng)力和用差分方法計(jì)算出的位移偏導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)資料，計(jì)算園和橢圓、裂紋外的彈性場(chǎng)一條閉合曲線C上，M的臨界數(shù)值，包括孔洞的M積分臨界值Mh。le、8個(gè)橢圓的MEllipti。臨界值、裂紋的M積分臨界值M。ra。k，計(jì)算公式為M = (^ [WXiTii - TkUk ^is (/', k = l,2)( 1)C式中C是環(huán)繞缺陷在彈性區(qū)域的閉合曲線，w，Tk，Ukd分別是應(yīng)變能密度、合力、位移對(duì)坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)，又得到共計(jì)10個(gè)M積分?jǐn)?shù)值備用；(3)畫(huà)該韌性材料的M積分臨界值和橢圓主軸比率的曲線，確定裂紋的當(dāng)量面積；M ^(4)提出損傷新公式，做捏合曲線即使用=來(lái)擬合步驟(1)、(2)所得20 個(gè)數(shù)據(jù)，該韌性材料的裂紋當(dāng)量面積如下式所示Mc=C*(AElUptJAlioleY.(2)這里C*是損傷待定系數(shù)，m是損傷待定指數(shù)；考慮到塑性區(qū)的影響，修正公式(2)為下式— ^ ^^Nonlinear j ^Nonlinear .yn .( 3 )上述( 、(；3)式子的左邊相同，右邊的兩個(gè)參數(shù)C*和m不同，可以得到兩條曲線，分別針對(duì)塑性較小和塑性較大兩種情況；(5)依照上面已經(jīng)得到的公式O)，在MTS材料試驗(yàn)機(jī)上將該韌性材料真實(shí)損傷試件作單調(diào)拉伸載荷下的試驗(yàn)，從零開(kāi)始，逐漸加載到韌性材料平板屈服應(yīng)力的1/10-1/3，在加載同時(shí)采用光學(xué)儀器，分別對(duì)韌性材料平面損傷試件中包圍損傷區(qū)的多條閉合曲線上面，依次選擇的數(shù)千個(gè)點(diǎn)采集受載后的位移、應(yīng)變數(shù)值，并通過(guò)相鄰的三個(gè)點(diǎn)的位移差采用中心差分法近似得到位移對(duì)坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)ukd的離散數(shù)據(jù)，最后采用公式(1)計(jì)算大板中損傷引起的M積分的數(shù)值，由此得到失穩(wěn)載荷；考慮到塑性區(qū)的影響，由該局部損傷邊緣的塑性區(qū)面積加上每個(gè)孔洞的幾何面積除以損傷區(qū)域總面積就是損傷的相對(duì)密度，由公式(3)得到失穩(wěn)載荷。
2.如權(quán)利要求1所述的韌性材料二維局部微缺陷群體損傷的測(cè)量方法，其特征在于， 所述步驟⑵中8個(gè)橢圓的Mmipti。臨界值，采用經(jīng)典強(qiáng)度理論σ》ob計(jì)算；所述裂紋的 M積分臨界值M。M。k采用斷裂韌性K彡Kic計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種韌性材料二維局部微缺陷群體損傷的測(cè)量方法，其特征在于，通過(guò)有限元計(jì)算對(duì)韌性材料平面大板中孔洞、橢圓孔洞、裂紋在垂直方向受拉伸載荷條件下分別達(dá)到臨界狀態(tài)，分別計(jì)算出在臨界狀態(tài)下，環(huán)繞孔洞、橢圓孔洞和裂紋外面的彈性區(qū)域一條閉合曲線上密集點(diǎn)的位移、應(yīng)變、應(yīng)力，再用差分方法計(jì)算位移的偏導(dǎo)數(shù)，并且計(jì)算和確定在臨界狀態(tài)下，材料的屈服應(yīng)力σY包絡(luò)線，畫(huà)該韌性材料的M積分臨界值和橢圓主軸比率的曲線，確定裂紋的當(dāng)量面積；再依照裂紋的當(dāng)量面積公式(2)或(3)，在MTS材料試驗(yàn)機(jī)上將該韌性材料真實(shí)損傷試件作單調(diào)拉伸載荷下的試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/08GK102175604SQ201110021449
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者劉啟達(dá), 陳宜亨 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)