【摘 要】
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目前在国际上得到普遍认可的表征材料抗冲击性能的参数是标准夏比冲击试验获得的冲击功和冲击韧度。但是上述物理量只能定性的反映材料抗冲击性能,不同的尺寸之间不存在着统
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目前在国际上得到普遍认可的表征材料抗冲击性能的参数是标准夏比冲击试验获得的冲击功和冲击韧度。但是上述物理量只能定性的反映材料抗冲击性能,不同的尺寸之间不存在着统一的换算关系,不能准确地预计具体构件所能承受的冲击能量或冲击载荷和指导抗冲击构件的几何设计。本研究致力于探究材料抗冲击性能与几何形状尺寸的定量关系,定义一个与屈服强度类似材料参量来表征材料的抗冲击性能,并研究其随温度的变化规律。本文对已有的921A钢矩形试件冲击试验结果进行了修正和重新拟合。并设计了矩形、梯形和弧形三种形状不同尺寸的Q235B钢冲击试件,对其常温落锤冲击试验结果进行了拟合。研究结果发现:当试件截面为矩形时,冲击功与抗弯截面系数成正比,但试件形状改变后,该规律则不成立;冲击过程中试件受到的最大冲击载荷与抗弯截面系数成正比,且不受试件形状尺寸的影响。断口的微观形貌表明,常温下所有Q235B冲击试件均为微孔聚集型断裂。比较不同应力状态下韧窝的尺寸和数量,发现三向拉应力状态对韧窝形成和扩展的促进作用。应用Marc软件建立了矩形试件裂纹扩展前的冲击模型,分析应力和应力状态的分布以及其随时间的变化规律。模拟结果表明:冲击过程中,应力最大值处最接近三向受拉状态,该处为裂纹的起裂位置,且各试件断裂时起裂位置的最大第一主应力基本相同。在此基础上提出了第一主应力诱导微孔大面积聚合形成初始裂纹的理论,定义初裂纹形成时对应的第一主应力为Q235B钢在该温度下的抗冲击强度,表征其抵抗冲击过程中初裂纹形成的能力。不同温度下不同形状试件的冲击试验表明,应力状态会影响试件的起裂形式。为排除应力状态的影响,本文选取相同形状试件在不同温度下进行冲击试验,得到了Q235B钢抗冲击强度随温度的变化规律:当起裂形式为解理断裂时,抗冲击强度不随温度变化;当起裂处为微孔聚集型断裂时,抗冲击强度随温度的升高先增大后减小;当起裂处经历一定的塑性变形后产生解理断裂时,抗冲击强度随温度的升高单调增大。
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