【摘 要】
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随着能源结构的优化,高强度材料在以西气东输为代表的工程建设中得到了日益广泛的应用。在服役过程中,韧性劣化往往是高强度材料发生事故的主要原因。在无损条件下完成此类材料断裂韧性的在役连续监测,对设备的安全与寿命评定具有重要意义。本文以X80管线钢为研究对象,基于细观损伤力学,探究了试样表面摩擦、材料平面倾斜、压头形状、压入速率对载荷-位移曲线及压痕形貌的影响,制定了有效的压痕法测试方案,实现了压痕法对
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随着能源结构的优化,高强度材料在以西气东输为代表的工程建设中得到了日益广泛的应用。在服役过程中,韧性劣化往往是高强度材料发生事故的主要原因。在无损条件下完成此类材料断裂韧性的在役连续监测,对设备的安全与寿命评定具有重要意义。本文以X80管线钢为研究对象,基于细观损伤力学,探究了试样表面摩擦、材料平面倾斜、压头形状、压入速率对载荷-位移曲线及压痕形貌的影响,制定了有效的压痕法测试方案,实现了压痕法对其断裂韧性的准确测试。研究结果可为压痕法测试断裂韧性的应用提供较好的理论参考。论文的主要研究工作和相关结论如下:（1）基于GTN塑性损伤理论,断裂孔洞率的选择上直接应用Andersson提出的0.25的数值并不普遍适用,对于不同的材料的断裂孔洞率需要结合具体材料具体分析,本文中X80管线钢采用0.15的值更合适。（2）通过有限元模拟结合编写的压痕表面形貌后处理程序,研究了压入实验过程中材料平面倾斜、试样表面粗糙度、压头尖端钝化、压入速率这四种因素对压痕实验的影响,提出单点连续卸载法与连续卸载刚度法相结合的优化试验方案。（3）根据已有的应变能密度理论,利用残余塑性深度与载荷之间多项式关系提出计算断裂韧性的简化公式。提出径向位移修正系数γ以解决压痕实验中有效弹性模量偏大现象,根据残余表面形貌进行标定,材料压痕表面堆积越明显则径向位移修正系数γ值越大。修正后利用压痕法测得断裂韧性与常规三点弯实验结果误差在14%以内,利用压痕法获得的断裂韧性值能准确表征材料的断裂韧性行为。
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