PE11的分析以及弯曲和拉伸试样应力三轴度计算

1、弯曲角度对试样应变分布和裂纹起裂和扩展的影响；

2、压头直径对试样应变分布和裂纹起裂和扩展的影响；

3、材料拉伸力学性能（真应力-真应变关系），GTN损伤参数（材料延性断裂应变），对试样应变分布和裂纹起裂和扩展的影响。

开裂效果图

1、压头直径（标准５mm）一定,研究弯曲角度对试样应变分布

和裂纹起裂和扩展的影响；

模拟使用的材料为361L实验测得的真应力应变曲线，GTN参数为q1=1.5，q2=1，q3=2.25，εN =0.3，S N=0.1，f N =0.002，f0=0.008，fc=0.01，ff=0.2

应变分布取值：两条路径（如图1、2所示）

图1 路径1，沿试样中心平面下方的长度方向（起裂点在中间）

图2 路径2，沿试样中心平面的厚度方向（起裂点在最下方）

在弯曲过程中试样上部分受压应力作用，下部分受拉应力作用，因此出现裂纹的位置必然是试样的下表面。路径1取自试样下表面起裂点处的左右两侧，结果如图3所示。

P E E Q

location(mm)

图3 随着角度的变化试样沿路径1的等效塑性应变分布情况

图中每条曲线分别代表试样弯曲到一定角度时的应变分布情况。可以看出在整个弯曲过程中路径中间位置的应变总是最大，远离中间位置区域的应变逐渐减小，这与理论事实相符合。刚开始弯曲的时候，弯曲角度比较小，曲线较为平滑；随着弯曲角度的增大，整体的应变均增大，图中表现为曲线上移。而在曲线中间以及两侧附近有着向上突起的尖角，这是由于这些区域应力应变较大，使得材料内部的孔洞形成、聚合和长大的速率也较大，进一步影响到这一区域应变的增大速率，因此应变曲线不再平滑。从图中我们还可以看出，在弯曲角度大于160°

时的四条曲线基本重合，即应变值保持不变，这说明试样在弯曲到160°时已经起裂了，而且曲线最高点的位置也正是试样起裂的位置，起裂点的应变最大值即为试样的弯曲断裂应变。弯曲角度继续增大到接近180°，试样会出项宏观滑脱现象。(对延性好的不起裂材料, 该应变最大值并非断裂应变,对你前面用不同GTN 参数的计算, 做上面的图3,即可找出不同材料的断裂应变)。

ε (P E 11)

location(mm)

图4 随着角度的变化试样沿路径1各位置长度方向的应变分布情况

图4 中可以看出，在试样中间大约5mm 的范围内（压头直径为5mm ），各位置沿长度方向的塑性应变随着弯曲角度的增大而增大。而在这一范围之外的两侧，应变规律恰好相反。

P E E Q

locatiom(mm)

图5 随着角度的变化试样沿路径2的等效塑性应变分布情况

6所示，0mm

这是

°时，试样出

图中所示。

(也就是说弯

到160度后,再弯好象意义不大, 标准可否改为弯到160度)这个问题就是考虑到了在弯曲角度接近180°时实际试样会出现滑脱现象。试样开始出现裂纹。随着弯曲角度的进一步增大，起裂点的应变保持最大值（断裂应变值）不变，而在下表面起裂点（图中4mm处）沿厚度向上的位置，也就是图中小于4mm位置处的应变则随着弯曲角度的增大不断增大，直到达到断裂应变值位置，这说明了裂纹随着弯曲角度增大沿着厚度方向进行扩展，图中显示的扩展量为0.2mm。

弯曲角度对于起裂点的应变的影响如图8所示。

ε

φ

图8 弯曲角度对起裂点应变的影响

综上所述，在评价不锈钢晶间腐蚀所采用的弯曲试验中，弯曲角度不同，所得到的试验结果也会不同。对于316L真应力应变曲线，GTN参数为q1=1.5，q2=1，q3=2.25，εN=0.3，S N=0.1，f N=0.002，f0=0.008，fc=0.01，ff=0.2的材料，弯到160°时刚开裂。研究表明，随着弯曲角度的增大，试样的应变越来越大，当达到试样的弯曲断裂应变时，试样就会产生裂纹，发生开裂现象。弯曲角度进一步增大，裂纹将发生扩展。

2、弯曲角度一定(180°)，研究压头直径（3, 5, 8 mm）对试样应变

分布和裂纹起裂和扩展的影响

研究的材料参数：316L真应力应变曲线，GTN参数为q1=1.5，q2=1，q3=2.25，εN =0.3，S N=0.1，f N =0.002，f0=0.008，fc=0.01，ff=0.2

图9和图10为不同压头直径弯曲试样到50°和110°时，试样沿路径1的等效塑性应变分布情况

P E E Q

location(mm)

P E 11

location(mm)

图9 不同直径压头弯曲到50°时试样沿路径1的应变分布

ε

location(mm)

ε (P E 11)

location(mm)

图10不同直径压头弯曲到110°时试样沿路径1的应变分布

从图中可以看出压头直径大小对弯曲试样应变分布的影响较大。压头直径越小，试样的塑性应变就越大，而这些影响在试样中间处体现的最为明显。

P E E Q

location(mm)

P E 11

location(mm)

图11 不同直径压头弯曲到180°时试样沿路径1的应变分布

图11为不同压头直径弯曲试样到180°时，试样沿路径1的塑性应变分布情况。图中三条曲线分别为用不同直径大小的压头将试样弯曲到180°时的应变分布，其中压头直径为3mm 和5mm 时，试样产生裂纹，而压头直径为8mm 时，试样未出现裂纹。这说明了压头直径大小影响试样的应变分布，进而影响到试样弯曲到180°是否起裂以及裂纹的扩展。

与图10相比较我们可以发现，弯曲角度越大，压头直径大小对试样的应变分布的影响也就越大。而与图11相比较，我们可以看出D=3mm 的曲线中间部分最先到达最高点，说明在用不同直径的压头做弯曲试验时，D=3mm 时试样起裂的时间比D=5mm 时试样起裂的时间早。