【摘 要】
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铝合金材料具有低密度、高强度、抗腐蚀、易加工和可焊接等优点,因而在航空航天、航海、交通运输和建筑领域得到了广泛的应用。铝合金材料在使用的过程中会在远低于屈服强度的条件下发生断裂,因为铝合金在生产和加工过程中不可避免的形成微观裂纹,因此研究其断裂性能就非常具有工程价值。本文分别参照线弹性断裂韧性标准和边界效应模型进行了5083铝合金断裂韧性测试研究。主要研究内容如下:(1)参考GB21143-200
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铝合金材料具有低密度、高强度、抗腐蚀、易加工和可焊接等优点,因而在航空航天、航海、交通运输和建筑领域得到了广泛的应用。铝合金材料在使用的过程中会在远低于屈服强度的条件下发生断裂,因为铝合金在生产和加工过程中不可避免的形成微观裂纹,因此研究其断裂性能就非常具有工程价值。本文分别参照线弹性断裂韧性标准和边界效应模型进行了5083铝合金断裂韧性测试研究。主要研究内容如下:(1)参考GB21143-2007标准设计试件尺寸,并通过试验和有限元仿真的方法测试5083铝合金试件的断裂韧性。对预制缺口深度为20mm的三点弯曲试件(190mm×40mm×20mm)进行断裂韧性测试,测得5083铝合金的条件断裂韧性为19.5MPa√m。借助Abaqus软件建立单边三点弯试件的有限元模型,并利用围线积分法测得了有限元模型在裂纹扩展载荷下的裂纹尖端应力强度因子,其值为18.3MPa√m。(2)采用边界效应模型,结合试件在三点弯曲试验时的屈服载荷以及有限元仿真获得的裂纹尖端塑性区尺寸,计算获得四种不同初始缺口深度的大尺寸(190mm×40mm×20mm)5083铝合金试件的屈服强度和断裂韧性。对大尺寸5083铝合金试件进行单边缺口三点弯曲试验,获得试件的屈服载荷,并对试件在屈服载荷作用下的塑性区尺寸进行有限元仿真,最后将屈服载荷和塑性区尺寸带入边界效应模型得到试件的屈服强度和断裂韧性。将基于边界效应模型和直接拉伸试验得到屈服强度进行对比,两者之间的偏差为9.8%。(3)基于边界效应模型计算得到五种不同缺口深度小尺寸(95mm×30mm×20mm)5083铝合金试件的屈服强度和断裂韧性,并将大小试件的断裂参数进行对比,分析试件尺寸对测试结果的影响。对小尺寸5083铝合金试件进行单边缺口三点弯曲试验,获得试件的屈服载荷,并对试件在屈服载荷作用下的塑性区尺寸进行有限元仿真,最后将屈服载荷和塑性区尺寸带入边界效应模型得到试件的屈服强度和断裂韧性。将小尺寸试件基于边界效应模型得到的屈服强度与直接拉伸试验得到的屈服强度进行对比,偏差值为14.2%。将大尺寸试件基于边界效应模型得到屈服强度和断裂韧性与小尺寸试件基于边界效应模型得到屈服强度和断裂韧性进行对比,屈服强度的偏差为3.8%,断裂韧性的偏差为6%,说明边界效应模型的分析结果受试件尺寸影响较小。
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