[发明专利]一种弹塑性断裂韧性试验钝化线方程分析方法

权利要求书

1.一种弹塑性断裂韧性试验钝化线方程分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)材料性能本构关系确定：获得材料的真应力应变性能曲线，作为建立有限元模型进行分析计算的材料输入；

(2)有限元模型建立：基于开展断裂韧性测试的标准试样的几何结构建立标准断裂韧性试样断裂力学模型；

(3)裂纹尖端有限元分析网格设计：有限元分析是基于材料真应力应变曲线性能的弹塑性断裂力学分析，需要进行合理准确的断裂力学有限元网格设计，确保结算能够实现裂纹尖端钝化过程的准确模拟；

(4)试验加载过程数值模拟分析及验证：模拟试验加载过程采用分析刚体和接触分析等分析模拟功能，通过合理参数设定，实现对试样准静态加载试验过程的分析模拟；将有限元分析模拟分析确定的加载过程载荷-位移曲线与实际加载的载荷位移曲线进行对比验证，如果偏差在10％以内，则认为分析有效，否则需要返回步骤(1)进行进一步的调整。

(5)特征参数J积分的计算：对于二维有限元分析模型，有限元分析计算软件能够直接输出J积分的计算结果；对于三维有限元分析模型，结合三维试样的应力场分布特点，将试样的网格沿厚度方向进行均匀网格分布设计或者按照应力梯度进行网格由密向疏的方式进行网格划分，对应的，在三维有限元分析模型结果提取计算中，可采用厚度方向上整体平均或按照如下计算式进行加权平均的方式进行处理，

(6)钝化过程等效裂纹扩展量的计算：采用结合裂纹尖段附近位移场计算结果几何投影的方法确定钝化区等效裂纹长度计算方法，依据裂纹尖端附近区域节点位移场，采用解析几何方法计算等效裂纹长度；

(7)钝化线方程的拟合：结合步骤(5)中裂纹前沿J积分计算结果和步骤(6)节中钝化过程等效裂纹扩展量计算结果，计算获得钝化过程J-△a计算结果，对结果数据采用基于最小二乘法线性回归分析对计算结果进行拟合，即可依据二者计算结果拟合获得如下的材料的钝化线方程，J＝K·△a。

2.如权利要求1所述的弹塑性断裂韧性试验钝化线方程分析方法，其特征在于，步骤(2)中，标准试样有限元模型依据试验实际试验结构特征参数确定，包括但不限于紧凑拉伸CT试样和单边缺口弯曲SENB试样的不同标准试样结构。

3.如权利要求1所述的弹塑性断裂韧性试验钝化线方程分析方法，其特征在于，步骤(2)中，标准断裂韧性试样有限元模型包括但不限于模拟试样精细结构的三维有限元模型、依据试样特征确定的平面应变模型、平面应力模型或者平面应变与平面应力组合模型。

4.如权利要求1所述的弹塑性断裂韧性试验钝化线方程分析方法，其特征在于，步骤(3)中，采用二维有限元分析时，裂纹尖端应该采用加密的蛛网状设计，裂纹尖端应该采用四边形退化为裂尖的三角形的单元设计；采用三维有限元分析时，采用三维实体单元进行分析，在裂纹尖端采用六面体单元退化为三棱柱单元的设计。

5.如权利要求1所述的弹塑性断裂韧性试验钝化线方程分析方法，其特征在于，步骤(5)中，J积分的计算方法包括但不限于对于厚度方向均匀划分网格的模型，采用整体平均方法计算J积分，对于厚度方面有密度偏移设计网格模型采用加权平均的方法计算J积分。

6.如权利要求1所述的弹塑性断裂韧性试验钝化线方程分析方法，其特征在于，步骤(6)中，依据裂纹尖端附近区域节点位移场计算的方法获取等效裂纹长度，其中的一种方法如下：

1)确定加载前裂纹尖端节点C、塑性区以外节点A和B，发生钝化后节点几何位置对应为C’、A’和B’，采用解析几何方法，确定钝化前后试样裂纹面投影长度之差，最终确定等效裂纹扩展量；

2)计算直线A’B’斜率，设C点为坐标原点，A点坐标为(X_A,0)，B点坐标为(X_B，0),发生形变后，位移场计算结果输出x方向位移增量U1，y方向位移增量U2，故C’点坐标(C_U1,0)，A’坐标(X_A+A_U1,A_U2)，B’坐标(X_B+B_U1，B_U2)，直线斜率为：

3)计算过裂纹尖端C’点的直线A’B’平行线l的方程：

y＝K(x-C_U1)，即Kx-y-KC_U1＝0；

4)计算直线A’B’与l之间的距离h和B’C’的长度s：

5)计算裂纹投影长度：

6)计算钝化等效扩展量：Δa_B＝L'-L。