拘束効果を考慮した表面き裂の破壊条件に関する研究

考虑约束效应的表面裂纹断裂条件研究

基本信息

批准号：
05650093
负责人：
菊池正紀
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650093/
关键词：
破壊靱性 J積分拘束効果 HRR場 Qファクタボイド破壊条件

项目摘要

1 アルミニウム合金による破壊試験結果初期き裂長さを3通りに変化させた三点曲げ試験片を用いて破壊靱性試験を行った。その結果、見かけの破壊靱性値は初期き裂長さに大きく影響を受けること、すなわち拘束効果の存在が実験的に確認できた。ついで破面観察を行い、ディンプル径を計測し、破壊時のボイド率を求めると、この値はき裂長さに拘わらず一定となっていることが確かめられた。すなわちミクロなレベルでの破壊条件には拘束効果の影響はないことがわかった。ついで、有限要素法によりボイド材の破壊解析を実施した。き裂先端の応力場をHRR解と比較し、き裂長さが短くなるほど応力場がHRR解から離れて行くことが示された。これは拘束効果の影響であり、その影響の強さを表わすにはQファクタが適切なパラメータとなり得ることが示された。またボイドの成長にはこのQファクタが密接に関連しており、ディンプル破壊が拘束効果に大きな影響を受けることが確かめられた。2 表面き裂材の破壊試験表面き裂の形状を変えた試験片を6種類作成し、安定き裂進展試験を行った。き裂形状によりき裂縁に沿ったき裂進展両派変化することがわかった。これらの分布はJ積分の分布とほぼ一致する。しかし、三次元有限要素法による弾塑性解析を行うと、き裂先端応力場はき裂底であっても必ずしもHRR解と一致しないことが示された。そこで抵抗曲線を調べると、CT試験片のそれとは異なることが明らかとなった。すなわち多くの表面き裂材では、破壊条件としてJ積分が単一のパラメータとはなり得ないことが確かめられた。またQファクタはここでも有益なパラメータとなりうることが示された。

1 铝合金断裂试验结果采用具有三种不同初始裂纹长度的三点弯曲试件进行断裂韧性试验。其结果，通过实验确认了表观断裂韧性值受初始裂纹长度、即约束效果的存在的影响较大。接下来，观察断裂面，测定凹坑直径，求出断裂时的空隙率，结果确认该值与裂纹长度无关地恒定。换句话说，我们发现约束效应对微观层面的断裂条件没有影响。接下来，利用有限元法对空隙材料进行断裂分析。将裂纹尖端处的应力场与HRR解进行比较，发现裂纹长度越短，应力场越远离HRR解。这是由于约束效应造成的，并且结果表明，Q 因子可以是表达该效应强度的合适参数。还证实Q因子与空洞的生长密切相关，并且韧窝断裂受约束效应的影响很大。 2 表面裂纹材料的破坏性试验制备了六类不同形状表面裂纹的试件，并进行了裂纹稳定扩展试验。发现沿着裂纹边缘的裂纹扩展速率根据裂纹形状而变化。这些分布几乎与 J 积分的分布相匹配。然而，使用三维有限元方法进行弹塑性分析表明，即使在裂纹底部，裂纹尖端应力场也不一定与HRR解相匹配。当我们研究电阻曲线时，很明显它与 CT 样本的电阻曲线不同。换句话说，证实了对于许多表面裂纹的材料来说，J积分不能以单一参数作为失效条件。研究还表明，Q 因子在这里也可以是一个有用的参数。