X80管线钢的小冲孔试验研究与数值分析

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小冲孔试验技术作为一种微试样材料性能评定技术,其最大优点是可对在役设备进行近乎无损的取样,且其微试样的特点使得其可应用于传统力学性能试验无法应用的领域,如焊接接头热影响区、燃汽轮机叶片等。  本文的研究材料为X80管线钢,首先分别在常温下对X80管线钢进行了常规拉伸试验和小冲孔试验,小冲孔试验结果较好的重复性,且试验结果表明随着试样厚度的增加材料可承受的屈服载荷、最大载荷呈线性增长,对材料的屈服载荷采用了双斜率法进行拟合并得到结果;将常规拉伸试验所得到的名义应力-名义应变数据转化后,建立了常温下的小冲孔试验的有限元模型,有限元模型的正确性通过对比模拟与试验的L-D曲线和试样破断位置得到了验证。通过改变材料参数的方法,研究了不同的材料参数对小冲孔试验模拟结果的影响,模拟结果表明:摩擦系数对模拟结果影响不大,当摩擦系数增大时,L-D曲线整体有向下偏移;当小球的直径增大时,曲线有整体向上偏移的趋势;试样厚度对模拟结果的影响较大,当试样厚度增加时,模拟所得整段L-D曲线会有较为明显的向上偏移;建立在前人使用反向有限元法求解小冲孔试验相关问题的基础上,提出了一种新的方法,以黄金分割为核心算法,将MATALB程序与ABAQUS相结合,以试验所得L-D曲线与模拟所得L-D曲线的面积差为目标函数,通过不断的逼近迭代的方法反推出了材料的参数:以一维黄金分割作为核心算法,用反向有限元的方法反推得到X80管线钢的屈服强度σs=520.1MPa,使用二维黄金分割法反推得到材料的硬化参数K=1228.0,n=0.1987。使用新的K、n对有限元模拟进行优化,对比试样曲线与优化曲线,验证了所得K、n的准确性。
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