文獻(xiàn)整理斷裂準(zhǔn)則

1、題目:韌性斷裂準(zhǔn)則與閥值選取的理論及試驗(yàn)研究作者:蒲思洪，溫彤，吳維，侯模輝關(guān)鍵詞：ductilefracturecHterion（韌性斷裂準(zhǔn)則）文章重點(diǎn)摘抄：現(xiàn)在用于描述材料韌性斷裂行為的準(zhǔn)則大都采用閥值（即臨界值）控制的方法，即材料某處的破壞值超出閥值就認(rèn)為該處材料發(fā)生起裂。由于金屬的斷裂與材料的性質(zhì)（組成元素、微觀組織、夾雜、表面條件及均勻性卜變形歷史和工藝參數(shù)（溫度、變形速度、摩擦與潤(rùn)滑）等因素有關(guān)，所以針對(duì)具體的沖切斷裂過程，模擬時(shí)如何選擇合理的韌性斷裂準(zhǔn)則與斷裂閥值從而預(yù)測(cè)起裂的時(shí)間和位置并非易事。韌性斷裂理論與斷裂準(zhǔn)則：現(xiàn)有韌性斷裂理論認(rèn)為塑性材料的斷裂大多是由其內(nèi)部空穴的聚集和

2、擴(kuò)展引起的，這些空穴是由材料中的位錯(cuò)堆積、第二相粒子、縮松縮口、夾雜或其它缺陷產(chǎn)生的。金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，其內(nèi)部的空穴在應(yīng)變和三軸應(yīng)力的作用下增長(zhǎng)、擴(kuò)大，直至一定數(shù)量的空穴聚集在一起形成裂紋。在外力的繼續(xù)作用下大量空穴裂紋會(huì)不斷聚集在一起造成裂紋的擴(kuò)展延伸，當(dāng)其擴(kuò)展到材料的表面時(shí)，材料就產(chǎn)生斷裂。在1950年Freudenthal首先以綜合能量觀點(diǎn)提出以等效應(yīng)力與等效塑性應(yīng)變的積分函數(shù)定義破壞的發(fā)生時(shí)機(jī)，認(rèn)為當(dāng)單位體積之應(yīng)變能量（即塑性變形功）達(dá)到閥值時(shí)，材料就產(chǎn)生宏觀裂紋。該模型沒有考慮靜水應(yīng)力及拉伸主應(yīng)力的影響。IfC二二d0式中：品為材料斷裂時(shí)的等效塑性應(yīng)變；0為等效應(yīng)力；

3、d£為等效應(yīng)變?cè)隽?；C為材料的臨界破壞值。Cockcroft&Latham則認(rèn)為斷裂主要與拉伸主應(yīng)力有關(guān)，即對(duì)于給定的材料，在一定的溫度和應(yīng)變速率下，當(dāng)最大拉應(yīng)力-應(yīng)變能達(dá)到材料的臨界破壞值時(shí)材料產(chǎn)生斷裂。*f二C=d0二式中：）為材料斷裂時(shí)的最大拉應(yīng)力；（T的材料斷裂時(shí)最大主應(yīng)力。當(dāng)（T1>0寸，（T*=（T；l當(dāng)（T0時(shí)，（T至0。McClintock將空穴看成是變形體的內(nèi)部缺陷，忽略空穴之間的交互作用，研究了軸對(duì)稱下圓和橢圓形空穴的簡(jiǎn)單長(zhǎng)大和聚合，提出了以下斷裂準(zhǔn)則：C一sinh0_%31n2一仃13a式中：6為材料斷裂時(shí)的最小主應(yīng)力；n為材料的硬化系數(shù)。Ayad

4、a則認(rèn)為靜水應(yīng)力和等效應(yīng)變是影響空穴擴(kuò)張的主要因素，提出了以下準(zhǔn)則:;f二C=3d0二式中：而為靜水應(yīng)力，在等效應(yīng)力。Rice&Tracey討論了含孤立球形空穴材料在三向應(yīng)力作用下的韌性斷裂過程，弁將該斷裂過程的力學(xué)行為和幾何特征在斷裂準(zhǔn)則中加以描述，因而該準(zhǔn)則不但可以預(yù)測(cè)裂紋的萌生，還可以預(yù)測(cè)裂紋的擴(kuò)展方向，但它也忽略空穴間的交互作用。m'f-C，e7d0式中：a為材料試驗(yàn)參數(shù)，視不同加載情況取值。Brozzo在Cockcroft&Latham準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上考慮了靜水應(yīng)力對(duì)斷裂的影響，提出以下準(zhǔn)則：；fC二-03Oyane在1972年提出了描述可壓縮材料的韌性斷裂判斷準(zhǔn)

5、則，根據(jù)這個(gè)模型的假設(shè)，空洞是在承受大變形的夾雜或受第二相粒子影響而產(chǎn)生，弁互相連接形成微觀裂紋。7二一C=1amd0二于忠奇在Lemaitre損傷理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)出一個(gè)韌性斷裂準(zhǔn)則7二一CC=Tpd式中，p為材料常數(shù)。d-考慮了應(yīng)變比L=U的影響得出f10.5L,dAtkins修改Norris判據(jù),C-,mLeRoy通過研究拉伸加載狀態(tài)下的空穴長(zhǎng)大和損傷的積累提出的韌性斷裂準(zhǔn)則：C，0；二md；以上斷裂準(zhǔn)則大都基于能量理論，以應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榛緟?shù)，采用閥值控制的方式，即材料的累積損傷達(dá)到閥值時(shí)即認(rèn)為材料產(chǎn)生斷裂。但是沒有將斷裂成形過程中另外兩個(gè)重要因素-溫度和應(yīng)變速率考慮進(jìn)去，所以它們屬于半經(jīng)

6、驗(yàn)半理論公式。題目：金屬成形中韌性斷裂準(zhǔn)則的細(xì)觀損傷力學(xué)研究進(jìn)展作者：黃建科，董湘懷文章重點(diǎn)摘抄：通過比較不同的斷裂準(zhǔn)則可以發(fā)現(xiàn)，很多斷裂準(zhǔn)則都可以歸結(jié)為經(jīng)過修正的應(yīng)力沿著某一應(yīng)變路徑積分的形式。這也與材料損傷是由應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)兩者共同決定的現(xiàn)象相吻合。在低應(yīng)力三軸度下，損傷主要表現(xiàn)為大變形引起的塑性滑移。在高應(yīng)力三軸度時(shí)，材料沿剪切帶的滑移與孔洞演化同時(shí)存在，互相促進(jìn)，兩種分離方式都有可能發(fā)生，這主要取決于應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)與材料特性。當(dāng)前，仍然有很多學(xué)者針對(duì)特定的塑性加工工藝，利用不同斷裂準(zhǔn)則的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，分析和總結(jié)不同斷裂準(zhǔn)則的優(yōu)缺點(diǎn)，試圖找到一個(gè)適用性更廣的斷裂準(zhǔn)則來說明細(xì)觀損

7、傷對(duì)于韌性斷裂的影響。Venugopal等對(duì)10種體積成形問題工程分析中常用的斷裂準(zhǔn)則進(jìn)行了比較，對(duì)它們的準(zhǔn)確性和敏感性（即對(duì)不同變形方式計(jì)算誤差的離散度）進(jìn)行了評(píng)價(jià)，他們的結(jié)果表明，其中沒有一種準(zhǔn)則是足夠準(zhǔn)確和普遍適用的。題目：韌性材料的幾種斷裂形式及判據(jù)討論作者：湯安民，朱文藝，盧智先摘要：韌性材料的主要斷裂形式有三類，以空穴成核、擴(kuò)張、聚合為主導(dǎo)機(jī)制的正拉斷，和以局部剪切帶形成、發(fā)展為主導(dǎo)機(jī)制的兩種不同類型的剪切斷裂。文章重點(diǎn)摘抄：韌斷的主要影響因素應(yīng)力三維度值高，則偏于受拉狀態(tài)，材料易于正拉斷；應(yīng)力三維度值低，則偏于受剪狀態(tài)，材料易于剪斷。斷裂判據(jù)的討論目前解決材料斷裂問題的一些常用理

8、論，不論是傳統(tǒng)的材料斷裂強(qiáng)度條件，還是后發(fā)展的斷裂力學(xué)準(zhǔn)則，尚存在一些需要完善之處。存在的問題有，如斷裂判據(jù)的建立缺乏物理機(jī)制為依據(jù)，常使用一種理論、一個(gè)判據(jù)表達(dá)式解決不同類型的斷裂問題,對(duì)復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)中斷裂控制參數(shù)及斷裂危險(xiǎn)點(diǎn)的確定尚無統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，一些復(fù)合型斷裂試驗(yàn)結(jié)果也不能用現(xiàn)有理論給出合理的解釋。對(duì)斷裂機(jī)制以空穴的成核、擴(kuò)張、聚合為主導(dǎo)的正拉斷問題,危險(xiǎn)點(diǎn)在裂端應(yīng)力三維度有最大值處，啟裂方向?yàn)樵撎幾畲罄瓚?yīng)力作用面方向，該拉應(yīng)力是引起材料斷裂的主要因素，其他兩個(gè)主應(yīng)力為次要影響因素，當(dāng)危險(xiǎn)點(diǎn)上主應(yīng)力的組合達(dá)到臨界值時(shí)，啟裂發(fā)生。存在空穴對(duì)剪切斷裂的影響，危險(xiǎn)點(diǎn)在裂端應(yīng)力三維度有最大值處，啟裂

9、方向?yàn)樵撎幾畲蠹魬?yīng)力方向，該最大剪應(yīng)力是引起材料斷裂的主要因素，應(yīng)力三維度值的大小為次要影響因素。題目：韌性金屬材料漸進(jìn)斷裂的有限元算法研究作者：楊鋒平，孫秦摘要：有限元計(jì)算時(shí)將斷裂判據(jù)以子程序形式嵌入ABAQUS主程序并保持兩者之間的實(shí)時(shí)通信文章重點(diǎn)摘抄：從連續(xù)體介質(zhì)力學(xué)角度來說，韌性金屬材料完全斷裂的有限元實(shí)現(xiàn)主要有以下3個(gè)問題需要解決：(1) 物理上描述材料斷裂應(yīng)當(dāng)與外載荷實(shí)時(shí)相關(guān)，結(jié)構(gòu)斷裂路徑及材料斷裂前后物理性能的描述應(yīng)當(dāng)符合實(shí)際情況；(2) 理論上不宜采用現(xiàn)有軟件中提供的應(yīng)力強(qiáng)度因子和J積分理論，需自己選擇其他斷裂判據(jù)并編寫子程序嵌入有限元主程序；(3) 算法上應(yīng)當(dāng)克服Newton法中切線剛度矩陣病態(tài)的困難和考慮幾何非線性效應(yīng)。題目：韌性斷裂準(zhǔn)則的試驗(yàn)與理論研究作者：虞松，陳軍，阮雪榆文章重點(diǎn)摘抄：應(yīng)力三軸度R（Ry=常，。m為平均應(yīng)力或靜水壓力爐為等效應(yīng)力）目前的韌性斷裂準(zhǔn)則大都采用應(yīng)力變量沿塑性變形路徑積分的形式，即7f0f，1,，m,：d=Cf二1，二mJ，d品C;0式中，f為關(guān)于各種應(yīng)力張量的權(quán)函數(shù)；f為斷裂時(shí)的等效應(yīng)變；8為等效應(yīng)變；仃為平均應(yīng)力；Dm為平均應(yīng)力或靜水壓力；C為韌性斷裂閾值，一般通過物理試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算聯(lián)合確定二c