一种基于有限元的材料断裂韧性确定方法

摘要

本发明涉及一种基于有限元的材料断裂韧性确定方法，先进行GTN模型的九个参数的标定，通过实验和数值计算相结合进行标定，然后对不同拘束试样断裂韧性的确定：用ABAQUS软件对不同拘束条件下需要测量材料断裂韧性的试样建立有限元力学模型，模拟裂纹的起裂和扩展过程后，计算得到试样的载荷-位移曲线及不同加载步时的裂纹扩展量Δa，并根据ASTM E1820标准计算得到裂纹扩展J-R阻力曲线，通过0.2mm钝化线的方法确定材料的断裂韧性。可通过有限元数值模拟获得不同拘束条件下材料的断裂韧性，实现断裂韧性的测定及结构完整性评定。

主权项

一种基于有限元的材料断裂韧性确定方法，其特征在于，包括GTN模型参数的标定和不同拘束试样断裂韧性的确定两个步骤，GTN模型参数的标定步骤如下：通过实验和数值计算相结合的方法标定：塑性本构参数q₁、q₂、q₃；初始孔洞体积分数f₀；孔洞形核参数：平均形核应变ε_Ν、形核标准偏差S_N、形核孔洞体积分数f_N；孔洞聚合时的临界体积分数f_C，断裂时的临界孔洞体积分数f_F九个参数：首先，根据ASTM E1820标准，选择一定尺寸的试样作为标准试样；然后，通过实验的方法测定材料的真应力‑真应变曲线，及标准试样的裂纹扩展阻力曲线，即J‑R阻力曲线；接下来，对标准试样建立有限元模型，用嵌含有GTN损伤模型的ABAQUS软件模拟计算试样的J‑R阻力曲线；调整GTN模型参数f₀,f_N,f_c和f_F计算J‑R阻力曲线，使计算的J‑R阻力曲线与实验测得的J‑R阻力曲线一致，则对应的GTN模型参数即为标定的该材料的GTN模型参数；不同拘束试样断裂韧性的确定：用ABAQUS软件对不同拘束条件下需要测量材料断裂韧性的试样建立有限元力学模型，将实验测量的材料真应力‑真应变曲线和上述标定的材料GTN模型参数输入模型，模拟裂纹的起裂和扩展过程，模拟完成后，计算得到试样的载荷‑位移曲线及不同加载步时的裂纹扩展量Δa，并根据ASTM E1820标准计算得到裂纹扩展J‑R阻力曲线，通过0.2mm钝化线的方法确定材料的断裂韧性，0.2mm钝化线与J‑R阻力曲线的交点所对应的纵坐标即为材料的断裂韧性。