夹杂对粉末冶金CT试样断裂性能影响的计算研究.pdfVIP

2007拄 12月 郑 州 大 学 学 报 (工 学 版 ) Dec． 2007 第28卷 第4期 Journal of Zhengzhou University(Engineering Science) Vol_28 No．4 文章编号：1671—6833(2007)04—0039—04 夹杂对粉末冶金CT试样断裂性能影响的计算研究 崔伟华，温志勋，侯乃先 (西北工业大学 工程力学系，西安 710072) 摘 要：采用GURSON本构方程对含夹杂粉末冶金材料紧凑拉伸试样进行了有限元分析，模拟了裂尖 与夹杂的相互作用对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响．圆形夹杂对基体材料的损伤及裂纹扩展性能 是最保守的形状，对于椭圆形夹杂，硬夹杂在椭圆横向受力较为安全。而软夹杂则相反．在椭圆纵向受力 对基体的损伤更小． 关键词：夹杂；GURSON本构方程；损伤；裂纹扩展 中图分类号：V 256 文献标识码：A 出了空穴的塑性势¨ ： 0 引言 粉末高温合金由于其组织均匀、热加工性能 咖： ore+枷h{ )-(1+f 2M L厶 JM )(1) 优良，被广泛用于制造高推比、高效率发动机的压 式中： 是宏观的等效应力， 是微观等效应 气机盘、涡轮盘和其他航空、航天高温度件 。 ． 力， 为空穴体积率． 由于这种材料在制备过程中易带入非金属夹杂， 考虑到每一空穴周围的非均匀应力场和相邻 严重影响了合金的材料性能 ．这类非金属夹 空穴之间的相互作用及空穴长大聚合引起的承载 杂目前还不能在现有的粉末制造和处理过程中完 能力损失，Tvergaard和Needleman给出修正的塑 全消除，所以在目前的条件下非金属夹杂在粉末 性势 高温合金中允许以一定的尺寸和聚集程度存在． 咖= or e+2qfcosh{ )-[( ·厂) ]-0M L厶 M J 迄今为止，有关含夹杂粉末冶金材料力学性能的 研究大都属于实验研究． (2) 相对于夹杂与基体的界面黏结强度，作者将夹 式中：q。为考虑到空穴周围非均匀应力场和相邻 杂分为硬夹杂与软夹杂两种，将断裂强度高于界面 空穴之间相互作用的修正系数；而 ‘为考虑空穴 黏结强度的称为硬夹杂，反之称为软夹杂．在受力 长大聚合引起的承载能力的损失．且 f f-f~ 过程中软硬夹杂有不同的破坏方式，则对基体的性 r 能产生不同的影响．作者采用Gurson模型 ，考虑 厂∽ i +错 )，) 了夹杂物与基体的不同结合方式，从理论上揭示夹 杂的形状大小及夹杂与基体的结合方式对CT试 是厂的一个临界值，当厂达到厂c时，空穴开始聚 样断裂性能影响的机理．为研究不同类型的夹杂对 合，随后材料的应力承载能力便迅速衰减．厂F是应 粉末冶金材料的损伤及裂纹扩展破坏的影响，采用 力承载能力完全丧失时的空穴率．由(3)式可知， 数值模拟的方法分析拉伸试件在包含三种不同纵 相应的f‘： ；并由(2)式可知 ：1／q。． 横比的夹杂时的材料断裂性能． Gurson提出的含孔洞材料的屈服条件为： 咖=(q／or ) +2qlf‘cosh{一3q2p／2or )一