基于微观损伤模型的强度非均质焊接接头抗延性裂纹扩展阻力特性研究

基于材料微观损伤模型,采用三维有限元数值方法,定量研究了焊接接头中强度匹配、试件几何型式对接头抗延性裂纹扩展阻力特性的影响。首先由标准三点弯曲试件的阻力曲线,得出反映材料微观损伤的特殊单元模型控制参量,再根据该参量对不同接头强度匹配下双边缺口拉伸试件的阻力曲线进行了定量预测,其结果与试验结果相当吻合。表明特殊单元模型能很好地描述材料的抗延性裂纹扩展阻力特性。     

基于微观损伤模型的强度非均质焊接接头抗延性裂纹扩展阻力 …

基于材料微观损伤模型,采用三维有限元数值方法,定量研究了焊接接头中强度匹配、试件几何型式对接头抗延性裂纹扩展阻力特性的影响。首先由标准三点弯曲试件的阻力曲线,得出反映材料微观损伤的特殊单元模型控制参量,再根据该参量对不同接头强度匹配下双边缺口拉伸试件的阻力曲线进行了定量预测,其结果与试验结果相当吻合。表明特殊单元模型能委好地描述材料的抗延性裂纹扩展阻力特性。     

力学性能不均匀性对焊接接头三点弯曲试样塑性区发展规律的影响

利用弹塑性有限元方法对焊接接头试样在三点弯曲试验中塑性区的发展情况进行了计算。分析了不同的裂纹深度、强度组配，焊缝宽度以及不同位置裂纹的焊接接头试样对塑性区形状发展的影响规律。分析结果显示，不同强度组配和几何特征的焊接接头试样对裂纹尖端塑性区的发展规律有较大的影响，由于裂纹尖端拘束程度的不同会造成塑性区的形状和尺寸的改变，因此在做焊接接头试样三点弯曲试验时，可能会得出与均质材料试样不同的驱动力曲线     

非匹配焊接接头中裂纹尖端三维拘束状态分析

应用三维弹塑性有限元方法详细分析了焊接接头中裂纹尖端三维拘束状态的分布特征,结果表明：在试样中面附近围绕Ⅰ型裂纹前缘,应力状态均具有明显的平面应变特征,而应力三轴度（Rσ）仅在韧带附近为最大。匹配参数M、尺寸因素（h/a、B、a/w)及加载方式（CCP、TPB、SEC）均会对试样内部的应力三轴度产生显著影响,其中匹配程度是导强度,平面应变参量β仅表示三维应力状态趋珩平面应变的程度大小,而应力三轴度参量Rσ确实描述了三向拉应力状态的严重程度,对于给定试样形式,裂纹张开位移CTOD相等不能保证三维裂纹端存在相似的三轴应力状态,因而用CTOD参量表征材料断裂行为具有局限性。     

判定延性材料断裂行为和裂尖约束的无因次参量R

从应变能密度概念出发,运用无因次参量Ｒ讨论了裂尖附近处元素的三轴应力状态和裂尖约束程度。利用参量Ｒ估计了大尺寸三点弯曲试样在不同裂纹长度下的断裂行为,根据Ｒ的大小可以判定具有较好延性的材料是忙属于剪切断裂还是解理断裂,利用无因次参量Ｒ对判定延性材料的断裂行为和裂尖约束程度具有普遍意义。本文提出的方法简单、实用,在工程上有使用价值。     

常用压力容器钢断裂行为研究

利用三点弯曲试验,测试了16MnR、20R和Q235B三种常用压力容器钢的断裂行为和断裂韧度,并用扫描电镜观察了试样的断口形貌。结果表明：三种材料常温下均呈现韧性断裂,所有试样断口均存在裂纹分层现象,其中以16MnR裂纹扩展区分层现象最不明显,而Q235B裂纹扩展区分层现象最明显;当裂纹扩展方向与分层方向不一致时,分层现象的存在阻止了裂纹的扩展,从而提高材料的强度与韧度。     

基于示波冲击实验材料动态断裂韧度测试技术的研究

采用预裂纹Charpy冲击试样,基于示波冲击试验建立了测试材料动态断裂韧度的试验方法。与以往预裂纹试样动态应力强度因子的计算方法不同,采用Timoshenko梁理论,提出了一种简单方法来计算三点弯曲试样的刚度K(a),由此建立了三点弯曲试样动态应力强度因子的计算方法,通过实验测得启裂时间,从而确定动态断裂韧度。采用有限元方法对试样动态应力强度因子的理论计算方法进行了验证。结果表明,建立的计算方法准确、可靠,避免了复杂的数值计算,便于工程应用。     

焊接接头中不均匀性因素与裂端拘束强度

采用有限元方法研究了平面应变条件下焊接接头中不均匀性因素对裂端拘束强度－应力三轴性的影响。结果表明焊接接头裂端应力三轴性焊缝和母材匹配性质及裂纹几何不同而变化。与均匀材料相比，高匹配接头裂端应力三轴性降低，低匹配接头裂端应力三轴性升高。裂纹变浅后，应力三轴性降低，屈服强度匹配的影响也更为显著。焊缝宽度变化时，裂端应力三轴性也有改变。这些对了解不同接头断裂行为，以改进焊接结构设计具有重要意义。     

应力复合型裂纹焊接接头裂端场及其断裂参量分析

针对含Ⅰ+Ⅱ应力复合型裂纹的焊接接头,应用弹塑性有限元方法分析了其裂端应力场的分布规律。并对不同组配焊接接头的裂纹张开位移(COD)断裂参量及其复合角进行了数值计算,讨论了加载角度和接头强度组配对焊接接头中应力复合型裂纹的断裂行为及其断裂参量的影响机制。研究结果表明,无论何种强度组配,焊接接头裂纹尖端应力场的分布是不对称的。裂端上部发生锐化现象,而裂端下部发生钝化现象。断裂参量COD值的大小受接头组配的影响,因此,不能简单地采用全母材的性能代替接头进行焊接接头的断裂分析。加载角度对焊接接头中复合型裂纹Ⅰ、Ⅱ型主导性存在很大的影响,而接头强度组配对其影响不明显;而裂纹复合角则会受到加载角度及材料组配因素的影响。因此,在进行含应力复合型裂纹的焊接接头的COD断裂参量的计算时,必须考虑这些因素的综合影响作用。     

基于局部法定量表征面外拘束效应对转变区间断裂韧度的影响

拘束效应制约了主曲线法表征转变区间的断裂韧度,局部法作为一种细观解理断裂力学方法有望用来解决这个问题。利用两种不同拘束配置的三点弯曲试样,通过交点法标定了国产压力容器用钢Q345R的局部法参量,借助于韧性换算思想将低拘束的试样断裂韧度结果换算成高拘束的结果。通过对比高拘束实测参考温度T 0值,验证了模型的正确性。基于此提出了一种预测不同面外拘束试样参考温度的方法,通过改变厚度的大小,研究了三点弯曲试样厚度对T 0的影响。结果表明,试样厚度越大,韧脆转变温度越高,断裂韧性下降,当厚度大于25.4 mm后会出现一个韧性平台,接近平面应变状态;厚度低于该值会造成严重的拘束缺失,T 0值远大于真实值会造成危险评估,尤其对于低硬化材料,这种现象更为明显。     

地震载荷下焊接接头断裂行为预测研究

测试了在不同加载速率下,典型建筑用钢焊接接头的断裂韧性值。在准确把握材料在地震载荷下本构关系的基础上,通过局部法,实现了由静载韧断裂韧度值对地震载荷下接头断裂行为的成功预测。表明局部法可有效地评定接头在高加载速率下的断裂行为。     

TRANSFERABILITY OF TOUGHNESS RESULT TO FRACTURE PERFORMANCE EVALUATION OF WELDED JOINTS CONSIDERING STABLE CRACK GROWTH

0INTRODUCTIONAttemptsarebeingmadebymany.,.areh..[I~41toaPPlyfracturemechanicstestresultstofractureperformanceevaluationofstmctundcomponents.Thelinkbetweenthefmeturemechanicstestresultsandthefmeturebehaviorofrealisticstructuralcomponentsiscalledfoetransferability.Recently,acProgressivemathalshavebeenp~edtoaddressthetransferability.OneistheJ--TandJ-Qtheori.,L51,wheretheT-stressandQ-p~terhavebeendevelopedtOqUantifythedifferencebetWeenthefull-fieldsolutionforthenearcracktipstressdistribu…     

焊接接头脆性断裂评定的局部法研究进展

介绍了几种焊接结构断裂行为预测和评定方法的局限性。从理论基础、微观理论基础、评定方法等方面详细论述了焊接接头脆性断裂评定的局部法，并介绍了国内外研究状况及最新进展。指出研究各种塑性损伤模型在焊接接头中的可行性，探讨符合焊接接头特点的塑性损伤模型及控制参量的必要性。分析塑性损伤对Beremin解理断裂模型局部断裂参量的影响，进而利用局部法对焊接接头的脆性断裂行为进行科学预测。     

低强匹配焊接接头特征及界定方法

焊接接头的强度匹配方式对接头的设计、制造工艺、裂纹敏感性以及破坏行为有重要影响，焊缝金属、母材、焊接接头的强度分布以及焊接接头强度匹配系数的分布是焊接结构强度、寿命和可靠性计算的基础。通过对12Ni3CrMoV钢焊接接头强度匹配系数分布的研究，提出低强匹配焊接接头的界定方法，强度匹配系数的均值小于95％、强度匹配系数的均值加上其标准差应小于100％，并且强度匹配系数大于105％的概率应小于3％。计算结果表明，12Ni3CrMoV钢焊接接头低强、等强、超强匹配概率分别为85．44％、11．85％和3．35％，低强匹配特征明显，强度匹配系数的均值位置非常合理。但由于母材强度的标准差较大，约为焊缝金属强度标准差的1．56倍，是造成强度匹配系数低于低强匹配下限值86％的概率高达7．79％和强度匹配系数高于105％的概率超过3％的主要原因。此外，这也是低强匹配焊接接头中出现冷裂纹的主要原因之一。     

Numerical Investigation on Fracture Initiation Properties of Interface Crack in Dissimilar Steel Welded Joints

Fracture toughness property is of significant importance when evaluating structural safety. The current research of fracture toughness mainly focused on crack in homogeneous material and experimental results. When the crack is located in a welded joint with high-gradient microstructure and mechanical property distribution, it becomes difficult to evaluate the fracture toughness behavior since the stress distribution may be affected by various factors. In recent years, numerical method has become an ideal approach to reveal the essence and mechanism of fracture toughness behavior. This study focuses on the crack initiation behavior and driving force at different interfaces in dissimilar steel welded joints. The stress and strain fields around the crack tip lying at the interfaces of ductile-ductile, ductile-brittle and brittle-brittle materials are analyzed by the numerical simulation. For the interface of ductile-ductile materials, the strain concentration on the softer material side is responsible for ductile fracture initiation. For the ductile-brittle interface, the shielding effect of the ductile material plays an important role in decreasing the fracture driving force on the brittle material side. In the case of brittle-brittle interface, a careful matching is required, because the strength mismatch decreases the fracture driving force in one side, whereas the driving force in another side is increased. The results are deemed to offer support for the safety assessment of welded structures.     

不同强韧性组配的16Mn钢焊接接头的断裂性能和裂行为

对16Mn钢不同组配焊接接头的断裂性能和断裂行为进行了试验研究。认为在高应力塑性断裂和高应力脆性断裂状态下,16Mn钢接头的断裂强度为焊缝强度和接头各部分塑性变形能力所决定,提高焊缝强度以及提高焊缝和母材的塑性均有利于提高接头的抗断裂能力;在低应力脆性断裂状态下,接头的抗断裂性能是可以根据焊缝的低温冲击韧度进行评价的。焊接接头各部分塑性变形能力及其相互关系对焊接接头的断裂行为具有不可忽视的影响,是评价接头断裂性能的重要依据。     

应用局部法预测焊接接头动态断裂性能

在不同温度、不同加载速率下进行了典型钢结构用钢拉伸试验，采用能综合反映加载速率和高加载速率下材料温升的R参量来描述材料的本构关系。通过理论分析和试验研究，讨论了加载速率和温度对钢结构用钢及其焊接接头断裂行为的影响，采用基于概率断裂力学的局部法，由静载断裂试验结果对高加载速率下接头断裂行为进行了成功预测。     

陶瓷材料的抗扭切口强度与表达式

根据受扭矩圆柱体中的应力分析和Griffith脆断强度理论，提出了脆性材料的抗扭切口强度表达式。根据此式和Al2O3陶瓷管抗扭强度的正态分布参数，可以求得带存活率的抗扭切口强度表达式，并进行了验证。还提出了处理来自不同试验室的Al2O3陶瓷管抗扭强度和抗扭切口强度试验数据的思路和方法。结果表明：此试验数据处理的思路和方法是可行的。