16MnR钢疲劳裂纹扩展有限元模拟

东南大学硕士学位论文16MnR钢疲劳裂纹扩展有限元模拟姓名：常诚申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：郭应征2009011316MnR钢疲劳裂纹扩展有限元模拟作者：常诚学位授予单位：东南大学相似文献(10条)1.期刊论文张萍.高增梁.孙伟明.张芳.王莺16MnR钢高温疲劳裂纹扩展行为试验研究-石油机械2005,33(8)为了研究高温条件下材料的疲劳裂纹扩展规律,对16MnR钢在25、150、300和425℃4种温度条件下的力学性能及疲劳裂纹扩展速率进行了测试与分析.试验结果表明:16MnR钢在150和300℃的疲劳裂纹扩展速率比25和425℃时低,300℃时疲劳裂纹扩展速率最低,300℃以上时随着温度的升高裂纹扩展速率增大,425℃时疲劳裂纹扩展速率最高.得出的结论为在高温条件下相类似材料的疲劳寿命评估提供了理论依据.2.学位论文涂文锋16MnR钢疲劳裂纹扩展形貌和扩展路径的试验研究与数值模拟2009在石油化工、动力、航空航天等领域中，大量压力容器与各类承压设备都是在复杂的多轴循环载荷下工作，容易引起工程结构的疲劳裂纹扩展，进而导致灾难性的破坏。因此，对疲劳裂纹扩展规律以及裂纹扩展行为预测方法进行系统深入地研究具有重要的理论价值和现实的工程意义。br　　本文采取试验与理论预测相结合的研究方法，进行大量的疲劳裂纹扩展试验，并根据目前多轴疲劳损伤准则的新成果，对I-II型复合加载疲劳裂纹扩展行为进行了定量准确预测。br　　针对16MnR钢不同厚度的缺口紧凑拉伸试样，进行了I型常幅加载和过载的疲劳裂纹扩展试验；采用半幅降载勾线法，获取I型加载三种厚度试样的裂纹扩展形貌。结果表明：I型常幅加载的裂纹扩展形貌可用椭圆方程合理描述，具有“隧道效应”(cracktunneling)的特征；沿着试样厚度方向上，中心层裂纹前沿的疲劳裂纹启裂寿命比表面层裂纹前沿的更短；在稳定裂纹扩展阶段，裂纹以很相似的椭圆形裂纹形貌向前扩展，中心层裂纹前沿(平面应变状态)的裂纹扩展速率与表面层裂纹前沿(平面应力状态)的接近相等。过载时，裂纹扩展速率产生延迟现象，经历了滞后延迟和延迟两个阶段。对薄试样，过载延迟区裂纹扩展形貌与稳定裂纹扩展形貌基本一致；对厚试样，过载延迟区裂纹扩展形貌表现为“Ω”形状，这与椭圆形状的稳定裂纹扩展形貌有较大差异。基于有限元分析与多轴疲劳损伤概念，合理解释I型常幅加载裂纹启裂三维特性及裂纹扩展形貌演化规律。br　　针对16MnR钢不同厚度的缺口紧凑拉剪试样，设计了I-II型复合分步加载的疲劳裂纹扩展试验。在裂纹扩展过程中，缺口紧凑拉剪试样始终经历I-II型复合加载，裂纹扩展路径不断发生改变。特别地，加载方向改变之后，处于疲劳残余损伤区(RDZ)的裂纹前沿受到先前加载步的影响，裂纹扩展路径发生了很大的转变，此时裂纹扩展速率存在较大延迟现象，并且裂纹扩展路径逐渐向外载荷垂线方向靠近或跨越。通过线弹性有限元应力分析，得出沿裂纹扩展路径方向上裂纹前沿的载荷复合比，合理解释I-II型复合分步加载裂纹扩展路径转变规律。br　　结合Jiang-Sehitoglu循环塑性模型和Jiang多轴疲劳损伤准则，运用“基于连续累积损伤的裂纹启裂和裂纹扩展统一预测模型”，精确预测了16MnR钢I-II型复合分步加载疲劳裂纹扩展行为(疲劳裂纹扩展速率和裂纹扩展路径)，并且准确预测了转变区内裂纹扩展方向的逐渐转变过程。Jiang-Sehitoglu循环塑性模型能够合理描述16MnR钢材料的弹塑性应力应变响应；基于精确的裂纹前沿应力应变场，Jiang多轴疲劳损伤准则准确评估了裂纹前沿附近的疲劳裂纹扩展损伤以及疲劳残余损伤；基于统一预测模型，精确预测了16MnR钢I-II型疲劳裂纹扩展行为，预测值与试验结果吻合较好。3.会议论文王效贵.高增梁.蒋炎尧16MnR钢过载下的疲劳裂纹扩展特性2006进行16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展实验,研究了缺口尺寸和过载对疲劳裂纹扩展特性的影响.结果表明:稳定的裂纹扩展速率与Paris公式可以很好地吻合;缺口的半径越大,裂纹扩展速率在达到稳定之前偏离Paris公式也越大;应力比对疲劳裂纹扩展的影响非常小.过载后的裂纹扩展速率首先表现为跃升,然后快速地下降到某一谷值,其后缓慢上升直至稳定增长.恒幅加载中施加的过载,可以极大地迟滞其后的裂纹扩展速率.4.学位论文黄虹16MnR钢疲劳裂纹扩展数值模拟和单元类型尺寸优化200816MnR钢主要用于中低压压力容器，容器一旦泄漏，会严重污染环境并危害人身安全。本文开发了一种基于疲劳损伤的方法，用于模拟疲劳裂纹扩展速率，并对数值模拟的单元类型尺寸进行了优化。首先基于Jiang和Sehitoglu的循环塑性本构模型构筑了16MnR钢的循环塑性本构关系，并通过用户材料子程序UMAT将模型嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果，代入到疲劳损伤模型中，得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则，导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。从而对I型张开型裂纹试样的疲劳裂纹扩展速率进行模拟计算。本文将各种单元类型和尺寸下疲劳裂纹扩展速率的模拟计算结果，与16MnR钢试验值进行比较，得出单元类型以及尺寸对疲劳裂纹扩展数值模拟的影响。据此，对单元类型和尺寸进行优化。本文的研究结果对预测疲劳裂纹扩展速率，估算材料使用寿命等提供了一定的依据和指导作用。5.会议论文章小浒.王印培16MnR钢近门槛值疲劳裂纹扩展特性19866.会议论文孙伟明.金伟娅.高增梁.方德明.张康达16MnR钢和TTStE36钢疲劳裂纹扩展速率对比试验2004按GB6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》对TTStE36钢母材和焊缝进行了疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明，在应力强度因子幅△K20MPa后，疲劳裂纹在焊缝区的扩展速率比在母材的大，但两者差距并不悬殊。并对16MnR钢和TTStE36钢的疲劳裂纹扩展速率进行了比较，指出在对TSTE36钢压力容器的设计或疲劳断裂安全评定时，可直接采用考虑了安全系数后的16MnR的疲劳裂纹扩展速率关系曲线。7.期刊论文庄力健.高增梁.王效贵.陈冰冰.陈学东.Y.Jiang.ZHUANGLi-jian.GAOZeng-liang.WANGXiao-gui.CHENBing-bing.CHENXue-dong.Y.Jiang16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟-压力容器2007,24(3)采用3.8mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展.开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率.将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中.把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值.通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式.疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果.实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响.8.学位论文屠立群基于ANSYS的16MnR钢疲劳裂纹扩展分析2007近些年来，随着工业装置的大型化、复杂化，以及工作条件的苛刻，高强度低合金钢在压力容器中不断被采用，疲劳失效事故明显增加。为此，本文通过试验和ANSYS软件用有限元方法对比研究了16MnR钢的疲劳裂纹扩展速率。主要内容有以下几部分：首先，介绍了疲劳裂纹扩展和损伤力学的研究进展，以及有限元软件在疲劳断裂学科的发展现状。其次，基于大型通用有限元软件ANSYS及其开发语言APDL编写16MnR的CT试样疲劳裂纹扩展模型。在该建模过程中，将模型的主要参数用APDL语言编写为界面输入方式，避免由于模型的不同而重复修改程序语句，使建立模型更为方便快捷。再者，研究中将疲劳裂纹扩展看作是裂纹连续成核的一个过程，利用理想弹塑性模型，计算分析裂纹尖端的弹塑性循环应力应变场，通过增量多轴疲劳准则评估疲劳损伤。针对裂纹尖端应力应变场，编写基于ANSYS结果文件的Fortran语言后处理程序，计算疲劳损伤和预测疲劳裂纹扩展速率。最后，为了绘制应力强度因子幅与裂纹扩展速率关系曲线，方便与试验结果进行比较，而在每一组裂纹扩展速率图中，都会重复计算不同条件下△K，为了减少重复计算的烦琐性，用VC编写计算△K的界面程序，可将参数输入直接得到应力强度因子幅的值。通过实践证明，针对16MnR材料，利用CT试样进行疲劳裂纹扩展模拟，预测疲劳裂纹扩展速率并与试验结果进行对比，从对比结果来看，两者吻合，证实了该方法的可行性。并从计算机模拟结果中比较平均应力对裂纹扩展速率的影响。这一方法对工程中利用有限元方法计算裂纹扩展速率具有重要的实际意义和应用价值。9.会议论文段权压力容器用16MnR钢焊接接头疲劳裂纹扩展规律的研究2000微观组织的不均匀性，导致焊接接头在力学上具有不均匀性，疲劳裂纹萌生和扩展寿命的随机性很大。该文采用可靠性分析方法，研究了焊接接头疲劳失效概率模型。10.期刊论文熊缨.陈冰冰.郑三龙.高增梁.XIONGYing.CHENBingbing.ZHENGSanlong.GAOZengliang16MnR钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展规律-金属学报2009,45(7)采用压力容器用16MnR热轧钢不同缺口尺寸、不同厚度的紧凑拉伸(CT)试样,进行了不同温度、不同应力比条件的一系列疲劳裂纹扩展实验,得到了相应实验条件下的疲劳裂纹扩展速率.讨论了高温环境、缺口半径,应力比及试样厚度对疲劳裂纹扩展行为的影响规律.结果表明:16MnR钢在环境温度为150和300℃时的疲劳裂纹扩展速率比25和425℃时低,300℃时疲劳裂纹扩展速率最低,300℃以上时随温度的升高裂纹扩展速率增大;缺口半径的大小对初期疲劳裂纹扩展有较大的影响;应力比对16MnR钢的疲劳裂纹扩展行为没有影响;疲劳裂纹扩展速率随试样厚度的增大而增大.本文链接：授权使用：太原科技大学(tykjdx)，授权号：953c2590-f4c9-4a2e-9329-9ebf00bfc1ba下载时间：2011年4月8日