三点弯曲试样测试J积分值试验研究

采用两个不同钢种的三点弯曲试样,以载荷-缺口张开位移曲线下的塑性面积为基础计算J积分值,依据GB/T 21143-2014和GB/T 21143-2007、GB/T 2358-1994附录D两个标准相结合,用这两种不同的方法计算J积分值。结果表明:相对于不同的裂纹扩展量Δa,J积分值从低值到高值,两种方法计算J积分值的平均相对偏差<2.0%,结果一致,说明用GB/T 21143-2007、GB/T 2358-1994附录D两个标准相结合也可以准确计算J积分值,提供了一种用三点弯曲试样测试J积分值的计算方法。     

COD与J积分的尺寸效应及其一致性

本文对马氏体时效不锈钢不同尺寸的三点弯曲试样用阻力曲线方法进行了COD和J积分的测试,研究了它们的尺寸效应。在本实验范围内得出了同一材料不同尺寸的试样采用阻力曲线方法外推而得的启裂COD(δ_i)和J积分(J_i)值基本相同的结论。同时本实验的结果从尺寸效应和阻力特性的角度证实了COD和J积分两判据的一致性。图2,表4,参考文献10。     

关于“压力容器锻件技术条件”问题说明

JB755-85“压力容器锻件技术条件”实施以来,有关厂来信来函询问关于7.4取样部位中条形锻件取纵向试样(但需换算)的问题。借本刊一并答复如下: JB755-85因表2数值为切向试样值,该标准一般规定取切向试样,但对条形锻件在不能取切向试样时,允许取纵向试样,但所得值必须比表2规定值大,至于大多少可以根据有关规定取。     

用弹塑性有限元法对焊接接头裂尖场J积分的研究

采用平面应力弹塑性有限元法研究了中心裂纹板焊接接头裂尖场J积分参量及其应用的可行性，数值分析采用MARC软件的二维弹塑性分析模型，探讨了不同强度匹配（高，等，低匹配）的焊接接头试样在加载过程中裂尖场J积分的变化情况，计算结果表明，靠近焊接接头裂纹尖端的J积分回路明显的路径相关性，而远离裂尖的J积分回路表现出路径无关性，焊接接头强度匹配因子M对裂纹尖端的J积分值有很大的影响，对应于每一个载荷P／P0，J积分的值随M的增大而减小，特别是当P／P0＞1．0时这种情况更明显。     

基于SENT试样获取材料断裂韧度的载荷分离法研究

单边裂纹拉伸(Single edged notched tension,SENT)试样因其低约束特性逐渐被用于管道材料的断裂韧度评定。根据有限元法,提出SENT试样的应力强度因子表达式,J积分计算中的增量塑性功算式以及塑性因子算式,并与文献中公式进行对比证实公式的精确性和有效性。依据ASTM用于CT试样获取断裂韧度载荷分离理论规则化方法提出适用于SENT试样的量纲一载荷分离法,并通过有限元计算证实SENT试样载荷分离的成立性。由量纲一载荷分离理论中的规则化方法完成了汽轮机低压转子材料30Cr2Ni4MoV、电站用P92管道钢以及5083-H112铝合金SENT试样断裂韧度值以及J阻力曲线测定,获得了各材料合理的J阻力曲线及条件断裂韧度JQ值。     

用线弹性和弹塑性方法确定断裂韧性

用线弹性和弹塑性方法测定了二种Ni-Cr-Mo钢的断裂韧性,从对线弹性/理想塑性的载荷位移曲线的计算以及从实验结果得知:应该采用Merkle和Corten关系来计算紧凑拉伸试样的J积分。用来确定临界J值的外推法,含有某些问题。作为一种选择,建议测定离钝化线一个固定距离的J。从J计算的以及从线弹性方法计算的应力强度因子之间的比较表明:线弹性断裂力学可以使用比金属材料平面应变断裂韧性试验方法ASTM(E 399-74)所规定的尺寸小得多的试样。等价能量法和用不同的夹式仪在离裂纹尖端的不同距离处测定的裂纹尖端张开位移给出了与J积分方法一致的应力强度因子。     

力学不均匀性对含横向裂纹焊接接头J积分的影响

采用 MARC有限元程序提供的 Delorenzi虚拟裂纹扩展方法计算了平面应力条件下不同强度匹配的焊缝纵向受载的含横向裂纹的焊接接头在不同载荷的广义 J积分。计算结果表明 :力学不均匀性对含横向裂纹焊接接头的 J积分有重要影响 ,低匹配焊接接头中积分路径穿越焊缝与母材界面的 J积分值高于积分路径在焊缝内的 J积分值 ,高匹配焊接接头中积分路径穿越焊缝与母材界面的 J积分值低于积分路径在焊缝内的 J积分值 ;载荷越大 ,焊缝与母材的强度差别越大 ;积分路径中包含的焊缝与母材界面长度越大 ,J积分的差值越大。力学不均匀性对焊缝纵向受载的含横向裂纹的焊接接头 J积分的影响是由焊缝与母材的强度差别及积分路径中包含的焊缝与母材界面长度的不同造成的     

J 积分在非均质焊接接头弹塑性断裂研究中的应用

应用弹塑性有限元法分析了J积分方法用于非均质焊接接头安全性评价的两个疑难问题：证实了J积分对于用来模拟一些典型的焊接接头的、裂纹平行于界面的软夹硬不均匀体仍然路径无关,而且J积分的能量率表达式仍危害适用。本文还对这种不均质条件下J积分的路径无关性进行了数学证明。探明了软夹硬不均匀体力学性能不均匀性对J积分值的影响规律：硬夹层两侧软区的屈服倾向于使J积分值增高;由于软区的屈服程度因硬夹层相对宽度h/2a而异,h/2a越小,相同载荷作用下的J积分值越大。     

延性断裂韧度JⅠC测试中的钝化线方程

钝化线是描述裂纹试样在钝化过程中J积分与伸张区宽度(stretch zone width,SZW)间关系的一条直线,在J积分测试中,有效数据区的左右界限线以及确定延性断裂韧度JⅠC的偏置线都是建立在钝化线基础上的,因而钝化线在J积分测试中至关重要。通过对裂尖钝化过程的分析,基于D-B模型和J积分的路径无关性原理推导出一种钝化线方程。与现行标准中的钝化线相比,此方程与试验结果吻合得更好。     

含环向穿透裂纹管道焊接接头的J积分估算方法

本文介绍了一种含环向穿透裂纹管道焊接接头在纯弯曲载荷下的J积分估算方法－LBBENG3方法，并针对我国压力管道用钢常具有屈服平台的特点，进行了有限元数值验证，最后对非匹配效应对J积分的影响进行了研究。结果表明：LBB．ENG3方法不仅简便易行，易编程实现；而且可提供较为准确、合理的J积分估算值，适于在我国工程实际中推广使用。     

焊接接头断裂性能的试验研究

为了理解材料及几何组配，对不同应力状态条件下不同几何构形的焊接接头试件的J积分的作用和影响，对单边裂纹板远场均匀拉伸条件下焊接试件的临界J积分进行实际测试。结果表明，试件未开裂之前，在同一载荷的作用下，焊接接头的J积分参量、加载点位移△以及裂纹嘴张开位移CMOD值介于全母材和全焊缝材料测试值之间，并且低组配焊接接头的J积分参量依照全母材、焊接接头和全焊缝的次序依次递减，而高组配则与低组配正好相反。不同材料组配焊接接头的J积分值，在焊接疑宽度较小时，与其全母材的J积分测试结果较为接近；而在焊缝宽度参数较大时，与全焊缝材料结果的差别较小。因此，在进行焊接接头的J积分值测试时必须考虑焊缝宽度参数的影响。     

基于材料断裂韧度测试的COD换算方法研究

考虑到断裂韧度J积分塑性分量的塑性功由载荷与加载线位移关系得到,通过测试CT(compact tension)和SEB(single edge bending)试样的裂纹嘴张开位移实现J积分计算,提出适用于两种试样的裂纹嘴张开位移与加载线张开位移转换的换算公式,并采用45钢CT试样和30CrMo钢SEB试样对新公式进行有限元数值比对和试验比对。结果表明,新公式结果与规范演算结果之间的相对误差不超过0.4%,与有限元分析结果之间的相对误差不超过0.6%,与CT试样试验结果之间的相对误差小于4.5%,与SEB试样试验结果之间的相对误差小于6%。     

延性断裂韧度JIC测试中的钝化线方程

钝化线是描述裂纹试样在钝化过程中J积分与伸张区宽度（stretch zone width，SZW）间关系的一条直线，在J积分测试中，有效数据区的左右界限线以及确定延性断裂韧度JIC的偏置线都是建立在钝化线基础上的，因而钝化线在J积分测试中至关重要。通过对裂尖钝化过程的分析，基于D—B模型和J积分的路径无关性原理推导出一种钝化线方程。与现行标准中的钝化线相比，此方程与试验结果吻合得更好。     

基于数字图像相关的J积分测量方法

J积分是定量描述裂纹尖端区域应力应变场强度的重要断裂参量,J积分的快速准确测量对于评估机械装备上裂纹的稳定性和扩展性有重要意义。从J积分的原始理论公式出发,结合数字图像相关技术,提出了一种J积分测量新方法。该方法首先通过数字图像相关技术,在不同载荷下对含裂纹缺陷的紧凑拉伸试样的表面位移场和应变场进行测算;然后选取围绕裂纹尖端的矩形积分路径,用离散化的方法对积分路径进行处理,并编写Matlab程序计算J积分;最后将该方法的计算结果与美国电力研究院(EPRI)工程估算法和有限元法获得的J积分进行对比。结果表明,由本文提出的方法获得的结果与其它计算方法获得的结果相近,并且在实验测量J积分方面具有非接触、高精度、光路简单、受环境影响小等优点。方法为裂纹断裂参数J积分的实验测量提供了一种方法,并可用于大型在役机械装备上表面裂纹的安全评估。     

单边裂纹弯曲试样的转动修正方法研究

由SEB( single edged bending)试样变形几何关系,提出断裂韧度测试中用于SEB试样J积分塑性功计算的裂纹嘴张开位移V0与加载点在加载线位移VLL的弹塑性转换公式.对SEB试样进行弹塑性有限元分析表明:试样转动中心位置受材料本构关系的影响微小,仅与裂纹长度α与试样宽度W之比有关,进而提出SEB试样转动半径R(裂纹嘴初始位置到转动中心的距离)的表达式,并对公式的有效性进行验证;应用线弹性柔度公式预测裂纹长度,可以忽略试样转动效应的影响,而刚性转动对SEB试样的J积分计算有一定影响,需采用考虑转动效应的载荷与加载线位移关系曲线来获得真实的J-△α阻力曲线.     

基于ABAQUS平台的裂纹扩展数值模拟分析

基于J积分理论,采用ABAQUS自带程序模拟计算不同条件下、不同裂纹角度对裂纹尖端处J积分值的影响,比较了相同条件下边界裂纹和中心穿透裂纹起裂的难易程度,探讨了ABAQUS中网格的处理对模拟计算结果的影响。模拟结果表明,无论是边界裂纹,还是中心穿透裂纹,随着裂纹角的增加,裂尖处J积分值都随之增大,而边界裂纹尖端较中心穿透裂纹更容易引起应力集中。在ABAQUS中网格的划分对J积分值影响不大,只影响计算的精度。     

应变疲劳da/dN的测定及其与J积分关系的探讨

本文进行的恒应变疲劳(恒裂纹嘴张开位移幅疲劳)较成功地测定了16Mn钢材单边裂纹的应变疲劳扩展速率,并运用EPRI提供的弹塑性评定公式,计算了应变疲劳裂纹扩展过程中,不同裂纹长度所相应的J积分值,得出了da/dN与⊿J的指数规律关系式。即对16Mn钢材单边裂纹平板试样有: da/dN=1.3×10~(-7)(⊿J)~(2.06)     

材料强度

K_(IC)的测定通常用大试样并在大型试验机上进行。本文研究了K_(IC)、却贝V韧性、J积分和等效能概念之间的相互关系。并由此导出平面应变条件下的韧性值。本文着重研究了R-曲线的重要性,并研究了表征一种材料在平面应变条件中的韧性概念。     

环状裂纹圆棒拉伸试样J积分研究

本文根据一个考虑了环状裂纹圆棒拉伸试样的弹塑性状态及裂纹深度 d/D 影响的轴向位移函数,给出了一个近似的但考虑了裂纹深度 d/D 影响的加载点位移函数δ_c=rg[P/r~2f(d/D)],由此导出了环状裂纹圆棒拉伸试样的 J 积分公式。并用实验比较了现有的几个环状裂纹圆棒拉伸试样的 J 积分公式。常用的深裂纹(d/D=0.5～0.6)的实验表明该公式的结果比现有的考虑了裂纹深度 d/D 影响的公式的结果与实际符合得更为好一些。     

裂纹起扩展阻力Ji与基本力学性能的关系

韧性裂纹开始扩展的J积分值对于韧性断裂的工程构件是一个重要的材料性能指标.统计了三个钢种两种焊缝200多个J积分值.发现当裂纹生长量Δa＜0.6 mm时,Δa与J积分值存在线性关系,可以用J=J0+K(Δa)表示,式中K=di/dΔa(Δa=a0+da),a0是J-Δa曲线与钝化线的交点.当da=0时的J值以Ji表示,它表示了韧性裂纹开始扩展时的J积分值.实验证明,只有Ji与静拉伸发生颈缩时的颈缩比功有良好的线性相关性,从而由Ji换算得KIC也应与颈缩比功线性相关(相关系数＞99%),而与静力韧度无关.而韧性裂纹开始扩展以后,各个扩展量下的JR值与静力韧度、颈缩比功无任何相关性.