应力状态与断裂应变关系——纯铜材料试验与数值计算分析

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本文对9种不同厚度不同孔径的T2纯铜中心孔板试样和光滑圆棒试样,在MTS试验机上进行系列的单轴拉伸试验,测试材料在应力三轴度接近1/3时以及光滑试样的断裂应变。  通过显微观察确定孔板试样和光滑圆棒试样的裂纹萌生位置。对孔板试样做三个时刻的拉伸试验:拉伸至起裂、拉伸至明显裂纹和完全拉断,确定试样的起裂位置与起裂时刻,并通过观察这三个时刻裂纹的情况来归纳出试样裂纹的扩展趋势。试样的断口进行了电镜扫描以观察不同应力状态下的断口形貌。  结合数值计算和显微观测(本文试验和文献[12]光滑平板试样、空心缺口圆管试样和实心缺口棒试样的试验观测结果),确定孔板试样的裂纹萌生位置的应力应变分布及该处的应力三轴度数值及断裂应变。在此基础上对材料应力三轴状态与断裂应变的关系开展更进一步的探讨,研究发现:(1)观察到孔板试样均在最小截面与圆孔的交界处附近最先出现裂纹,该处的应力三轴度和断裂应变都较小;(2)对于孔板试样,观测到孔边实际变形很不均匀,按连续介质力学方法估计的孔边断裂应变要明显低于实际值;(3)应力三轴在某一区域时,材料断裂应变随应力三轴度增大而增大,不服从以往基于孔洞模型得到的韧性材料断裂规律。
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