动态起裂韧性测试过程的三维分析ξ.pdfVIP

第 14 卷第 3 期 计 算 力 学 学 报 V o l. 14 N o. 3 1997 年 8 月 CH IN ESE JOU RNAL O F COM PU TA TLONAL M ECHAN ICS A ugust 1997 动态起裂韧性测试过程的三维分析 郭伟国　李玉龙　刘元镛 ( 西北工业大学飞机系, 西安, 710072) 摘　要　本文应用线弹性动态有限元分析方法, 对利用HO PK IN SON 压杆技术测试材料动 ( ) 态起裂韧性的试验过程进行了三维数值计算。求得了加载波 入射波和反射波 、加载点位 移、试样裂尖动态应力强度因子、裂尖附近点应变历程以及材料动态起裂韧性值, 并与实验 数值方法所得的各结果进行了比较和分析。证明此试验方法是可靠的, 同样也证明加载端头 与试样之间的耦合效应对动态应力强度因子的影响是可以忽略的。 关键词　动态起裂韧性; 三维数值分析; HO PK IN SON 压杆; 耦合效应 分类号　 3461 O 1　前　　言 材料在冲击载荷作用下的力学行为不同于准静态载荷作用下的行为。材料在准静态载荷 作用下的断裂韧性已有比较成熟的测试标准, 例如: A STM E 399 标准和国际 GB 但在冲击载荷作用下, 例如对于载荷速率为 10 ×106 m 量级或以上, 材料动态起裂 M Pa s 韧性的测试标准还处在探索之中。材料动态起裂韧性测试的困难在于动态应力强度因子和起 裂时间的实时测量, 近年来, 利用HO PK IN SON 压杆加载预裂三点弯曲试样测试材料动态起 [ 1, 2 ] [ 5 ] 裂韧性 的实验数值方法克服了实验方法所面临的直接测量困难。在实验数值方法 中, 利用作用在试样上的冲击载荷来计算试样裂尖的动态应力强度因子历史, 通过实验实测起裂 时间来确定动态起裂韧性值。但这种方法不考虑加载头与试样之间的结合形式, 即: 在试样上 把所测冲击载荷简化成集中载荷来计算试样裂尖的动态应力强度因子历史, 没有考虑加载头 与试样之间的耦合效应对动态应力强度因子的影响。本文应用线弹性动态有限元分析方法, 对 HO PK IN SON 压杆加载预裂三点弯曲试样测试材料动态起裂韧性的加载过程进行了三维有 限元分析, 并与实验数值方法的结果进行了比较, 验证采用实验数值方法的可靠性以及耦合 效应对动态应力强度因子的影响。 2　实验数值方法 2 1　冲击载荷的施加和起裂时间确定 本文试验所用试样材料为 40C r 高强钢, 几何尺寸为测试材料断裂韧性K I c 的标准试样尺 ( ) 寸, 即: B:W : L = 20 ∶40 ∶170 mm , 通过高频疲劳机预裂, 使试样总裂纹长度 a 与试样宽度 收稿日期: 修改稿收到日期: © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3 期　　 　　　　　　郭伟国等: 动态起裂韧性测试过程的三维分析　　　　　　　　　　 311 W 之比近似为 0