带缺陷拉伸试验结果在拉伸不同变形阶段观察试样表面金相组织,通过载荷-位移曲线找出表面产生微裂纹对应的载荷,并与磁记忆信号结果对比。断口形貌见,金相组织结果,磁记忆信号结果,Hp为磁场强度,L为试样上的磁记忆扫描长度。此时的载荷为73140kN。弹性阶段为1o观测点,表面金相组织无明显变化;屈服初期为号点,开始塑性变形,强化中期为号点,晶粒间滑移急剧增加,产生塑性流变,形成沿拉伸方向的沟壑;强化中后期表面出现微裂纹时为号点,沿拉伸方向的沟壑逐渐加深变宽,圆弧上首先出现了沿拉伸方向的微裂纹;圆弧左侧出现了垂直于拉伸方向的微裂纹;表面微裂纹大大增加。
数值模拟分别按照试验时的载荷及加载方法,采用ANSYS仿真软件对试件弹-塑性过程进行三维非线性有限元数值模拟。建模时,考虑到试件的几何形状、边界条件以及载荷的对称性,取试件的1/8进行建模。采用20节点实体单元划分有限元网格,应力集中的圆弧尽量进行细分,而其他区域网格可适当增大。模型的单元数为5920。计算的边界条件为,对称面上施加对称边界约束,板的端头表面施加均布拉伸载荷。计算时采用的材料模式为vonMises多线性弹塑性加载模式。
通过材料的真应力-应变曲线,可以找到对应于最大载荷时的应变,通过应变判断结构是否为失稳控制。16MnR材料对应于强度极限的应变为011926,试件结构的最大应变为012367,可以判断结构整体发生失稳破坏之前,在应力集中的半圆孔中心处,结构就已经发生了局部破坏,有限元计算的极限载荷为78196kN,比试验值73140高716%左右。
预应变冲击对材料韧性的表征预应变冲击试验从动态角度模拟了16MnR材料在不同塑性阶段的冲击韧性和实效敏感性,从结果数据看,随着预应变程度增大,KV2值明显下降,不同预应变下KV2平均值相对于母材的降低幅度。在屈服阶段(预应变5%),KV2降低1216%,强化初期与中期(10%15%),KV2分别降低1518%与2311%,数值保持在150J以上,可见仍有较好的韧性。在强化末期(预应变20%),KV2值有较大下降,从的冲击断口形貌看,尽管在预应变20%的强化末期,仍具有明显的韧性断口,可见该材料具有优良的延展性。从材料的真应力-应变曲线知,其塑性阶段较长,适合做压力容器材料,就目前上的应用而言,承载极限还有很大的挖掘潜力。
缺陷拉伸表征的结构局部承载能力。双边孔平板拉伸试验从静态角度模拟了16MnR板材在初始缺陷条件下,应力集中产生的局部破坏对判断结构发生整体失稳破坏所具有的制约作用。从微观结果看,裂纹出现在强化中后期的点,磁记忆的结果亦表明在该点处dH/dx达到12,而号点微观上产生塑性流变,形成沿拉伸方向的沟壑,磁记忆dH/dx达到10,该点对应的载荷应为极限载荷。从微观视角将局部破坏时试件表面的组织特征与整体载荷建立对应关系,结果表明不同变形阶段的金相组织具有不同特征,从微观角度表征结构承载能力,可以为极限载荷分析提供一条新的思路。为了能在拉伸过程中进一步了解试件内部发生的变化和损伤情况,采用磁记忆信号实时追踪,并且与微观金相相结合,从无损检测的角度验证试验结果的正确性。