基于数字散斑方法的CT试件动态断裂行为研究

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在人类社会的发展历程以及工程实践中,金属材料在人类工业的发展和社会的持续进步方面扮演极其重要的角色,因此对于最为广泛应用的金属材料的力学性能研究就变得非常有必要和富有意义。本文主要对2A12T4铝合金材料的紧凑拉伸(CT)试件的断裂行为进行研究,基于数字散斑法以及传统的一些实验手段对CT试件进行研究,分别利用Instron万能试验机以及Hopkinson拉杆动态加载装置对铝合金CT试件的准静态以及动态断裂行为进行了实验研究,研究了影响断裂韧性的一些因素。同时结合有限元仿真的方法对动态断裂过程进行研究分析,采用扩展有限元法研究了外部载荷对CT试件裂纹起裂、动态断裂韧性以及裂纹扩展的影响。本文主要工作内容如下:1.利用万能试验机对2A12T4铝合金拉伸试件进行准静态加载,测得其基本静力学参数,为之后的试验以及数值仿真提供依据和数值参考。基于数字散斑方法对CT试件进行准静态拉伸实验,对比国标法计算得到的断裂韧性数值,验证数字散斑法在解决准静态断裂问题中良好的可靠性。之后通过试验研究了裂纹加工方式对准静态断裂韧性的影响,并对影响原因进行分析。2.基于Hopkinson拉杆实验装置对CT试件进行动态拉伸实验,分别采用应变片法和数字散斑法计算试件的动态断裂韧性,对比验证数字散斑法在解决动态断裂问题中的准确性。之后对试件尺寸以及加载圆孔位置对动态断裂韧性的影响进行了研究,得到试件的尺寸对于试件平面应变状态的影响。3.利用有限元软件ABAQUS对动态断裂过程进行数值仿真,首先验证了裂纹尖端J积分路径无关性以及一维应力波理论的必要前提。分别利用围线积分法和扩展有限元法计算CT试件的动态断裂韧性,观察断裂过程的应力平衡以及裂纹的扩展过程。4.通过改变加载应力波的幅值,保持CT试件尺寸,裂纹形式以及加载速率等其他因素不变的条件下进行仿真,仍旧采取扩展有限元法研究不同加载应力波对于CT试件起裂以及裂纹扩展的影响,得到试件的起裂时间以及动态断裂韧性的变化规律。
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