理论研究方法分析与优化

本书断裂研究的原则是仅使用单调拉伸材性试验的结果来预测结构构件的宏观延性断裂。一个受欢迎的断裂模型必须满足以下两方面：该模型能够描述延性断裂的细观机理；模型参数可以简单基于材料的单调拉伸材性试验结果标定。由于GTN模型采用各向同性的强化准则，因此不能很好预测金属材料的循环塑性。同时，与其他类似的细观模型相比，Rice-Tracey提出的空穴成长模型得到了更广泛的认可，并经常用于描述延性金属的空穴成长，这通常是延性断裂过程中的关键步骤。因此，本章提出一个简单的单参数半经验细观延性断裂模型，该模型类似于Kachanov（1958）的概念，其中延性断裂的细观机制采用了Rice-Tracey模型。

裂纹的萌生是与裂纹的尺寸定义息息相关的。尽管细观裂纹尺寸被定义为0.01 mm的裂纹，但损伤力学中的裂纹通常被视为可以达到1 mm（Chaboche，1988）。由于人眼和数码相机都能观测到1 mm的裂纹，这里采用上述尺度来定义宏观裂纹的萌生。(www.xing528.com)

本章基于空穴成长概念提出了单调加载下的细观延性断裂模型（Jia and Kuwamura，2014），以增量形式应用了Rice-Tracey空穴成长模型和Miner法则（Miner，1945）。假设当简单的标量损伤指数D达到1时，材料发生细观延性断裂。由于该延性断裂模型只需标定一个模型参数，因此便于实际工程应用，且该参数可直接从材料的单调拉伸试验中获得。通过试验结果与数值模拟结果对比，验证了单调加载下延性断裂模型的正确性。对于单调加载下延性断裂的数值模拟，首先采用修正加权平均法修正了相应材性试验颈缩后的真实应力-真实应变数据，然后对3种结构钢的光滑圆棒和带缺口圆棒进行了数值模拟。利用修正后的应力-应变数据进行计算。结果表明，该断裂模型能较好预测试验的荷载-变形曲线和断裂位置。