Rice-Tracey模型可以用于描述空穴的成长,但并没有给出空穴合并的准则。对式(4-1)进行积分,可得:
式中,R 0和R分别是空穴的初始半径和当前半径。
假设在空穴成长过程中应力三轴度T为常数的理想情况,根据式(4-3)可得出该理想状态下的断裂等效应变为
根据金属内部晶体结构的不同,控制延性断裂的关键步骤也是不同的。对于杂质和第二相粒子与基体结合良好的金属,空穴形核通常是关键步骤,在空穴形核后不久就会发生延性断裂。然而,对于空穴容易形核的金属,延性断裂通常由空穴形核和空穴合并共同控制,并且金属的断裂表面具有“杯形和圆锥形”外观。根据几种结构钢的试验结果(Kanvinde and Deierlein,2006;Kuwamura and Yamamoto,1997),发现结构钢通常会因空穴合并而失效。因此,可以合理地假设:对于结构钢,当空穴合并开始时,材料发生延性断裂。
Rice-Tracey模型给出了空穴成长的准则,而模型中没有包含空穴合并的准则。在此,本章提出了基于相对成长因子的空穴合并条件,假定当相对成长因子R/R 0达到临界值时,空穴合并发生。该空穴合并规则类似于McClintock(1968)提出的空穴合并规则。
假设在理想情况下,应力三轴度在断裂前是恒定的,断裂应变(等效应变)与应力三轴度的关系可根据式(4-4)来表示:(www.xing528.com)
式中 εf,R f——分别为断裂发生时的等效断裂应变和空穴半径;
χ——定义相对成长因子临界值的模型参数,是假定与材料相关的常数。
为了将上述方程推广到一般荷载与非恒定应力三轴度T的情况下,基于Miner准则的损伤指数D增量表达形式中,T假定在一个增量步过程中保持恒定不变。增量应变dεeq引起的损伤可根据式(4-2)和式(4-5)定义为
式中,D为损伤指数,当D达到1时,假设材料发生断裂。
假设损伤仅由塑性变形引起,式(4-6)可表示为
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