基于微觀斷裂模型的梁柱節(jié)點(diǎn)的斷裂行為研究.pdf

1、金屬材料在最終斷裂前，其內(nèi)部會(huì)形成一些諸如微孔洞、微裂紋等的細(xì)微觀層面上的損傷。韌性金屬材料的斷裂首先由于第二相粒子自身的碎裂，或者第二相粒子和材料基質(zhì)界面的分離會(huì)使得孔洞形核。然后，隨著載荷的增加，孔洞體積和形狀逐漸擴(kuò)張。當(dāng)孔洞周圍的塑性變形增加到一定程度時(shí)，孔洞之間會(huì)形成局部剪切帶，進(jìn)而導(dǎo)致孔洞逐漸聚合，貫通，最后形成宏觀裂紋。GTN模型基于這樣一種孔洞的演化機(jī)制，采用孔洞體積分?jǐn)?shù)的幾個(gè)參數(shù)定量地描述了孔洞隨著加載的體積變化直到形成

2、宏觀裂紋。影響韌性金屬材料斷裂的兩大主要原因分別是塑性應(yīng)變和應(yīng)力三軸度。VGM和SMCS模型把孔洞的擴(kuò)張聚合作為影響孔洞演化過程的最為主要的步驟，它們分別綜合考慮了塑性應(yīng)變和應(yīng)力三軸度的影響，可以作為評(píng)判材料斷裂失效的準(zhǔn)則。
　　本文將這三種基于細(xì)微觀機(jī)制的斷裂模型用于帶有缺口的圓棒試件的單向拉伸試驗(yàn)的模擬和梁柱的全焊節(jié)點(diǎn)、栓焊節(jié)點(diǎn)的斷裂行為的預(yù)測。通過模擬兩種缺口尺寸的圓棒試件的單向拉伸試驗(yàn)，并結(jié)合已有試驗(yàn)分析了GTN模型中各個(gè)

3、參數(shù)對(duì)最終斷裂結(jié)果的影響，標(biāo)定出了Q345鋼材對(duì)于GTN模型的材料參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該模型中的形核孔洞體積分?jǐn)?shù)會(huì)影響材料的承載力，導(dǎo)致承載力下降，臨界孔洞體積分?jǐn)?shù)和斷裂失效孔洞體積分?jǐn)?shù)會(huì)影響材料的斷裂點(diǎn)，臨界孔洞體積分?jǐn)?shù)越大，斷裂點(diǎn)會(huì)相對(duì)靠后，斷裂失效孔洞體積分?jǐn)?shù)越大，材料失效后承載力下降的越慢。對(duì)于梁柱的全焊節(jié)點(diǎn)和栓焊節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用VGM和SMCS兩種斷裂模型模擬節(jié)點(diǎn)在沒有宏觀初始裂紋下受到單調(diào)荷載作用時(shí)的斷裂行為。預(yù)測了兩種節(jié)點(diǎn)類型的斷裂位

4、置和斷裂區(qū)的發(fā)展，結(jié)果表明在梁下翼緣的焊縫兩端會(huì)出現(xiàn)斷裂，斷裂區(qū)沿著焊縫的長度方向發(fā)展。觀察斷裂指標(biāo)沿焊縫長度方向的分布，發(fā)現(xiàn)焊縫兩端的斷裂指標(biāo)明顯高于中間區(qū)域，下翼緣焊縫的斷裂指標(biāo)的大小要大于上翼緣焊縫。對(duì)比了兩種節(jié)點(diǎn)類型的最先失效單元和梁的上翼緣焊縫端部單元的應(yīng)變、應(yīng)力三軸度、斷裂指標(biāo)隨著加載的變化。結(jié)果表明，全焊節(jié)點(diǎn)中兩種單元的等效塑性應(yīng)變隨位移增長的曲線相一致，上翼緣焊縫端部單元的應(yīng)力三軸度增長相對(duì)最先失效單元較慢，這兩種單元的