異型試樣疲勞與斷裂性能測試方法研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著土木工程、核反應(yīng)堆、航空航天、生物力學(xué)、高速鐵路、汽車、大型船舶等工程領(lǐng)域的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全評價急需大量準(zhǔn)確可靠的材料疲勞與斷裂性能。然而對于薄板、薄壁短管材料的低周疲勞性能測試以及包括小直徑棒材等小尺寸材料的斷裂性能測試卻難以有效開展。本文主要完成了如下工作：
　　 (1)對于符合Masing效應(yīng)的材料，提出了一種獲得循環(huán)本構(gòu)關(guān)系的新方法，用轉(zhuǎn)子材料B65A-S在300℃高溫下的低周疲勞試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過基于標(biāo)定

2、循環(huán)本構(gòu)關(guān)系的有限元分析，建立了兩種材料薄片漏斗試樣平均應(yīng)力到漏斗根部軸向應(yīng)力、跨漏斗軸向測試應(yīng)變到漏斗根部軸向應(yīng)變的轉(zhuǎn)換模型。對N18鋯合金和SAPH440板材采用薄片漏斗試樣進(jìn)行了室溫等幅低周疲勞試驗(yàn)，基于疲勞損傷等效原理，建立了用于估算N18和SAPH440材料疲勞壽命的Manson-Coffin模型和循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變方程。并完成了SAPH440材料等直圓棒試樣的低周疲勞試驗(yàn)，證明了采用薄片漏斗試樣的低周疲勞測試新方法具有較高的精度。

3、
　　 (2)研究設(shè)計(jì)了具有較好對中性的對中夾頭，實(shí)現(xiàn)了16Mn圓棒試樣不同直徑和不同裂紋深度下的的斷裂韌性測試。基于有限元分析得到了預(yù)測裂紋長度的統(tǒng)一柔度公式。探討了現(xiàn)有相關(guān)計(jì)算公式的差異，對等價能量法用于環(huán)狀裂紋圓棒試樣進(jìn)行了研究。采用雙引伸計(jì)測軸向位移、拍照等面積法計(jì)算最終裂紋長度，解決了裂紋擴(kuò)展偏心所帶來的影響。有限元計(jì)算證明載荷分離理論對于該試樣成立，提出了幾何函數(shù)G(a/R)的表達(dá)式，采用規(guī)則化方法處理得到各試樣J積

4、分與裂紋擴(kuò)展量△a的變化曲線。同時用標(biāo)準(zhǔn)SEB試樣完成了16Mn材料的斷裂韌性測試，結(jié)果表明兩種方法得到結(jié)果接近。
　　 (3)從Ramberg-Osgood模型推導(dǎo)出Chaboche本構(gòu)模型，推導(dǎo)公式用于ANSYS計(jì)算中，得到了J積分與裂尖張開位移的關(guān)系，發(fā)展了一個更精確的考慮材料硬化影響的JIC有效性判定公式。
　　 (4)利用自研制高溫夾具完成了Zr-1Nb合金和Zr-4合金薄壁短管試樣不同溫度下的單軸拉伸和375

5、℃下的等幅低周疲勞試驗(yàn)。研究了溫度和應(yīng)變速率對拉伸性能的影響，以及不同溫度下材料的循環(huán)特性。基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了兩種鋯合金的單軸和循環(huán)本構(gòu)關(guān)系及M-C壽命估算模型。
　　 (5)完成了STM528轉(zhuǎn)子材料室溫和300℃下的單調(diào)拉伸和等幅低周疲勞試驗(yàn)，以及室溫下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率和準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度試驗(yàn)。獲得了STM528的單調(diào)本構(gòu)關(guān)系及Manson-Coffin壽命估算模型，并得到了STM528材料疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段的Paris律