結構承載能力及金相特性之間的聯(lián)系分析

發(fā)布于：02-11

帶缺陷拉伸試驗結果在拉伸不同變形階段觀察試樣表面金相組織，通過載荷-位移曲線找出表面產(chǎn)生微裂紋對應的載荷，并與磁記憶信號結果對比。斷口形貌見，金相組織結果，磁記憶信號結果，Hp為磁場強度，L為試樣上的磁記憶掃描長度。此時的載荷為73140kN。彈性階段為1o觀測點，表面金相組織無明顯變化；屈服初期為號點，開始塑性變形，強化中期為號點，晶粒間滑移急劇增加，產(chǎn)生塑性流變，形成沿拉伸方向的溝壑；強化中后期表面出現(xiàn)微裂紋時為號點，沿拉伸方向的溝壑逐漸加深變寬，圓弧上首先出現(xiàn)了沿拉伸方向的微裂紋；圓弧左側(cè)出現(xiàn)了垂直于拉伸方向的微裂紋；表面微裂紋大大增加。



數(shù)值模擬分別按照試驗時的載荷及加載方法，采用ANSYS仿真軟件對試件彈-塑性過程進行三維非線性有限元數(shù)值模擬。建模時，考慮到試件的幾何形狀、邊界條件以及載荷的對稱性，取試件的1/8進行建模。采用20節(jié)點實體單元劃分有限元網(wǎng)格，應力集中的圓弧盡量進行細分，而其他區(qū)域網(wǎng)格可適當增大。模型的單元數(shù)為5920。計算的邊界條件為，對稱面上施加對稱邊界約束，板的端頭表面施加均布拉伸載荷。計算時采用的材料模式為vonMises多線性彈塑性加載模式。



通過材料的真應力-應變曲線，可以找到對應于最大載荷時的應變，通過應變判斷結構是否為失穩(wěn)控制。16MnR材料對應于強度極限的應變?yōu)?11926，試件結構的最大應變?yōu)?12367，可以判斷結構整體發(fā)生失穩(wěn)破壞之前，在應力集中的半圓孔中心處，結構就已經(jīng)發(fā)生了局部破壞，有限元計算的極限載荷為78196kN，比試驗值73140高716%左右。



預應變沖擊對材料韌性的表征預應變沖擊試驗從動態(tài)角度模擬了16MnR材料在不同塑性階段的沖擊韌性和實效敏感性，從結果數(shù)據(jù)看，隨著預應變程度增大，KV2值明顯下降，不同預應變下KV2平均值相對于母材的降低幅度。在屈服階段（預應變5%），KV2降低1216%，強化初期與中期（10%15%），KV2分別降低1518%與2311%，數(shù)值保持在150J以上，可見仍有較好的韌性。在強化末期（預應變20%），KV2值有較大下降，從的沖擊斷口形貌看，盡管在預應變20%的強化末期，仍具有明顯的韌性斷口，可見該材料具有優(yōu)良的延展性。從材料的真應力-應變曲線知，其塑性階段較長，適合做壓力容器材料，就目前工程
上的應用而言，承載極限還有很大的挖掘潛力。



缺陷拉伸表征的結構局部承載能力。雙邊孔平板拉伸試驗從靜態(tài)角度模擬了16MnR板材在初始缺陷條件下，應力集中產(chǎn)生的局部破壞對判斷結構發(fā)生整體失穩(wěn)破壞所具有的制約作用。從微觀結果看，裂紋出現(xiàn)在強化中后期的點，磁記憶的結果亦表明在該點處dH/dx達到12，而號點微觀上產(chǎn)生塑性流變，形成沿拉伸方向的溝壑，磁記憶dH/dx達到10，該點對應的載荷應為極限載荷。從微觀視角將局部破壞時試件表面的組織特征與整體載荷建立對應關系，結果表明不同變形階段的金相組織具有不同特征，從微觀角度表征結構承載能力，可以為極限載荷分析提供一條新的思路。為了能在拉伸過程中進一步了解試件內(nèi)部發(fā)生的變化和損傷情況，采用磁記憶信號實時追蹤，并且與微觀金相相結合，從無損檢測的角度驗證試驗結果的正確性。