断裂韧性的预测

第一部分断裂韧性的预测一、断裂韧性的预测☆断裂类型断裂韧性的预测☆KⅠc的测试方法(GB/T4161-2007)：三点弯曲试样紧凑拉伸试样1、三点弯曲2、紧凑拉伸试样√断裂韧性的预测•☆ABAQUS中关于断裂的分析方法：1、围线积分法（Contourintegral）√只能沿着预设裂纹张开，对网格质量要求很高2、扩展有限元方法（XFEM）可以实现预设裂纹沿着任意方向的扩展，但需要设置失效准则。断裂韧性的预测•围线积分法1、在part模块中创建一个part断裂韧性的预测•围线积分法•2、property模块•（1）、建立一种材料断裂韧性的预测•围线积分法•2、property模块•（2）、创建截面属性断裂韧性的预测•围线积分法•2、property模块•（3）、赋予part截面属性，创建的部件会有颜色变化断裂韧性的预测•围线积分法•3、Assembly模块•装配part然后进行分割，为以后裂纹尖端网格划分和设置裂纹作准备裂纹断裂韧性的预测•围线积分法•4、interaction模块•(1)、预先定义裂纹•(2)、选择裂纹尖端，并确定扩展方向•围线积分法断裂韧性的预测奇异性设置裂纹扩展方向设置•4、interaction模块断裂韧性的预测☆Midsidenodeparameters设置为0.25？在有限元中分析裂纹时，对弹性分析需要模拟裂尖1/sqrt(r)的奇异性，这样在把单元边上的中点移到1/4处后计算出来的等参单元拉格郎日型函数对应的位移场正好包含1/sqrt(r)项，这一方法在断裂力学的数值模拟发展史上是很巧妙的一个发现，至今仍然被广泛采用。Tocreateastrainsingularityforanelasticfracturemechanicsapplication:FromtheSecond-orderMeshOptionsfield,enteravalueof0.25fortheMidsidenodeparametertomovethemidsidenodestothepoints.FromtheDegenerateElementControlatCrackTip/Linefield,chooseCollapsedelementside,singlenode.Tocreateastrainsingularityforaperfectplasticityfracturemechanicsapplication:FromtheSecond-orderMeshOptionsfield,enteravalueof0.5fortheMidsidenodeparametertokeepthemidsidenodesatthemidsidepoints.FromtheDegenerateelementcontrolatCrackTip/Linefield,chooseCollapsedelementside,duplicatenodes.——ABAQUS手册断裂韧性的预测•围线积分法•5、step模块，建立分析步,并设置输出Numberofcontour=6是指用离CrackTip最近的6个contour分别计算6个contourintegralvalues断裂韧性的预测•围线积分法•5、step模块，建立分析步,并设置输出CrackinitiationCriterion初始裂纹张开的3个基本准则：（1）maximumtangentialstress:最大切应力√（2）maximumenergyreleaserate:最大能量释放率（3）通过这三个准则来计算初始裂纹的张开方向断裂韧性的预测•围线积分法•6、load模块•（1）载荷及其边界条件参考点加载集中力对称边界条件完全固定断裂韧性的预测•围线积分法•7、mesh模块断裂韧性的预测•如何预测断裂韧性•方法：按照标准GB/T4161-2007（金属材料平面应变断裂韧度试验方法）作出几何模型，调整试样上的施加载荷使裂纹尖端应力达到材料的抗拉强度，此时施加的载荷为临界载荷，计算出的应力强度因子值就是材料的断裂韧性，由于裂纹尖端应力值的奇异性，因此首先要验证网格有效性。断裂韧性的预测•根据蓝科提供的数据：16MnR:KIc在183.4—155.9MPa.m之间，δc=0.182mm•16MnR焊缝：δc=0.137mm•根据公式计算出16MnR及其焊缝的断裂韧性：•16MnR：KIc=5336.57MPa.mm1/2=168.76MPa.m1/2•16MnR焊缝：KIc=5287.9MPa.mm1/2=167.22MPa.m1/2•通过16MnR力学性能参数验证网格有效性，预测双相钢2205断裂韧性；通过16MnR焊缝力学性能参数验证网格有效性，预测双相钢2205焊缝断裂韧性。22(1)2ccsKE断裂韧性的预测•验证网格有效性KⅠ(MPa.mm1/2)KⅠc5213540454035410542854205413•调整载荷，当载荷为1.1483e7N时，裂纹尖端应力达到16MnR抗拉强度535MPa，此时计算出的断裂韧性值如下：•误差：（5413-5336.57）/5336.57=1.43%•误差在5%以内，所以网格有效。断裂韧性的预测•预测双相钢2205断裂韧性KⅠ(MPa.mm1/2)KⅠc8224852485238535856385518539.2•根据前面一套有效的网格，调整载荷，当载荷为1.8006e7N时，裂纹尖端应力达到双相钢2205抗拉强度824MPa，此时计算出的断裂韧性值如下：•预测双相钢2205的断裂韧性为：8539.2.IcKMPamm断裂韧性的预测•验证网格有效性KⅠ(MPa.mm1/2)KⅠc5120529452485269526852775271.2•调整载荷，当载荷为1.137e7N时，裂纹尖端应力达到16MnR焊缝抗拉强度545MPa，此时计算出的断裂韧性值如下：•误差：（5287.9-5271.2）/5287.9=0.32%•误差在5%以内，所以网格有效。断裂韧性的预测•预测双相钢2205焊缝断裂韧性KⅠ(MPa.mm1/2)KⅠc8732902889498986898490008989.4•根据前面一套有效的网格，调整载荷，当载荷为1.931e7N时，裂纹尖端应力达到双相钢2205焊缝抗拉强度904MPa，此时计算出的断裂韧性值如下：•预测双相钢2205焊缝的断裂韧性为：8989.4.IcKMPamm断裂韧性的预测•根据文献《22Cr双向不锈钢的断裂特性研究》，西安石油大学硕士学位论文，2009。双相钢2205的断裂韧性如下：