准三维模型弹塑性J积分值分段计算公式推导准三维模型准三维模型的原理及论证可参阅文献<4>.三维虚拟模型之所以优于二维模型,是因为它的应力强度因子是由三维模型计算,并由二维几何参数表现的,体现了三维模型的应力再分配以及接管根部增厚补强对延性裂纹扩展的影响,从而避免了二维模型过于保守的断裂分析。
全塑性解根据式,可以直接得到准三维模型的分段全塑性解中的H2,H3可从有关断裂分析手册中查到。准三维模型分段幂次法则J积分解虽然尚难达到三维弹塑性有限元的精度水平,但能够满足工程评定要求,这可以从与高应变梯度异型板模型评定结果的对比中得到认证,这就为压力容器接管高应变区裂纹的评定奠定了基础。
准三维模型高应变区失效评定曲线FAC的建立根据式,对于给定的a/R,可得到一系列(Je/J~Lr)数据对,并可给出相应的FAC曲线。为准三维模型不同裂纹长度下的FAC曲线族,中同时给出了用ROR关系拟合16MnR三种不同方法得到的FAC曲线,这三种方法分别采用拟合曲线通过屈服平台的起点、中点及终点。
准三维模型FAC曲线及与ROR的比较中可以发现准三维模型FAC曲线具有如下几个特性:(1)由于ROR关系没有考虑材料拉伸曲线中的屈服点及屈服平台,因而不能采用一种ROR关系来拟合16MnR材料并求解弹塑性J积分值,否则会引起最高达3~4倍以上的偏差,有的偏于危险,有的又过于保守。使用受到较大的局限性,且随着硬化指数n的增大,FAC曲线愈往上移。
(2)失效评定曲线在Lr=1.0附近的陡降段证实了16MnR材料的长屈服平台的特性,由于材料在进入性后得不到强化,标志着变形功的弹塑性J积分值迅速增大,这是造成FAC曲线陡降的原因。(3)不同的裂纹比尺寸(a/R)会引起FAC曲线的变化。
可以发现,随着a/R增加,曲线逐渐上移,在弹性段分散带较大,说明裂纹构形对FAC曲线影响较大,而在全塑性区(Lr>0.95),分散带逐渐变小而趋于一致,说明裂纹体几何对FAC的影响不大。6为准三维模型和高应变梯度异型板模型在不同裂纹比尺寸(a/R)下的FAC曲线对比,每中同时绘入了英国R6第三版选择1通用曲线。从中可以看出:(1)准三维模型和高应变梯度异型板模型的FAC曲线具有相似的形状和变化趋势,这充分反映了16MnR材料的变形性能和接管区的受力特性。(2)由于准三维模型考虑到了接管区的应力再分配以及根部增厚补强对延性裂纹扩展的影响,其承载能力高于高应变梯度异型板模型约10%~15%.
结论(1)材料满足ROR关系的EPRI弹塑性J积分解不能直接用于我国具有屈服平台钢种16MnR的弹塑性J积分计算,两者最大误差达3~4倍以上,这在工程上是不允许的。(2)在模拟接管高应变区特性方面,准三维模型的承载能力高于高应变梯度异型板模型约10%~15%,并不失安全性,因而具有更广的应用性。