動(dòng)態(tài)斷裂試樣受力狀態(tài)及其對(duì)J積分影響的研究.pdf

1、近年來(lái)，利用改進(jìn)的Hopkinson桿測(cè)試系統(tǒng)開展較高加載速率條件下的動(dòng)態(tài)斷裂研究，日益受到人們的關(guān)注。一般認(rèn)為動(dòng)態(tài)斷裂試驗(yàn)中，試樣為三點(diǎn)彎曲受載形式，材料動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子分析則以靜態(tài)三點(diǎn)彎曲受力狀態(tài)為基礎(chǔ)。但須知，在靜態(tài)斷裂試驗(yàn)中，試樣的響應(yīng)與加載速率同步，試樣始終與支座保持接觸，處于三點(diǎn)彎曲狀態(tài)。而動(dòng)態(tài)斷裂試驗(yàn)中，由于加載速率較高，試樣經(jīng)常存在脫離支座的現(xiàn)象，導(dǎo)致試樣不是傳統(tǒng)的三點(diǎn)彎曲受力狀態(tài)。目前研究者們對(duì)試樣脫離支座的現(xiàn)象與規(guī)律

2、，尚沒有一致的認(rèn)識(shí)。本文對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，取得了如下主要研究成果。
　　 1)采用現(xiàn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法給出的Charpy沖擊試樣尺寸及相應(yīng)的跨距，在Hopkinson桿加載系統(tǒng)上進(jìn)行的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，該試樣確實(shí)存在脫離支座的現(xiàn)象：并運(yùn)用Timoshenko梁模型理論分析了Charpy沖擊試樣的受力過(guò)程，結(jié)果也表明，試樣存在脫離支座的現(xiàn)象。
　　 2)通過(guò)理論計(jì)算試樣名義支撐點(diǎn)處的位移時(shí)間曲線表明，試樣脫離支座

3、的位移幅值隨跨距的減小而減小，直至跨距小于某一極值后，試樣與支座間才保持穩(wěn)定的接觸，即處于三點(diǎn)彎曲狀態(tài)。并得到試樣與支座之間保持接觸狀態(tài)的名義支撐點(diǎn)極限位置與試樣裂紋比(a/W)成線性關(guān)系，以此為基礎(chǔ)導(dǎo)出了實(shí)現(xiàn)真實(shí)三點(diǎn)彎曲狀態(tài)的理論條件
　　 S/L≤0.72
　　 由此可見，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的Charpy沖擊試樣，當(dāng)其跨距小于0.72L時(shí)，試樣在受載過(guò)程中保持與支座的接觸狀態(tài)；否則，存在脫離支座的現(xiàn)象。
　　 3)分別

4、從沖擊速度、跨距、試樣長(zhǎng)度和寬度方面研究了試樣與支座接觸狀態(tài)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在Hopkinson桿裝置允許的沖擊速度范圍內(nèi)，沖擊速度對(duì)接觸狀態(tài)的影響不明顯；跨距、試樣長(zhǎng)度和寬度對(duì)接觸狀態(tài)有影響且趨勢(shì)是相同的，即隨著跨距的減小和試樣幾何尺寸的增大，試樣脫離支座的時(shí)間逐漸減小，當(dāng)跨距和試樣幾何尺寸達(dá)到某一定（特征）值后，脫離時(shí)間穩(wěn)定在一定水平上（最小），即進(jìn)入接觸狀態(tài)，提出了由脫離過(guò)渡到接觸的臨界狀態(tài)概念，并且得出了臨界狀態(tài)的判據(jù)。在此基礎(chǔ)上，

5、提出了表征試樣與支座保持接觸狀態(tài)的結(jié)構(gòu)因素判據(jù)
　　 S/W=1.17+0.45L/W
　　 該判據(jù)可用來(lái)對(duì)各種不同試樣尺寸和跨距組合條件下的接觸狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的判斷。
　　 4)用ANSYS軟件模擬了在Hopkinson桿裝置上的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)過(guò)程，驗(yàn)證了試驗(yàn)中得出的試樣脫離支座的規(guī)律，計(jì)算了脫離和接觸兩種狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)J積分，得出了試樣受力狀態(tài)對(duì)J積分有明顯的影響。并分析了跨距為80mm下Charpy沖擊試樣對(duì)應(yīng)的