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单调拉伸加载下的断裂模型优化方案

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】: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。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。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。

单调拉伸加载下的断裂模型优化方案

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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