基于约束参数的断裂韧性转化研究

刘志伟，刘聪，薛启超

1. 中国核动力研究设计院，四川 成都 610213

2. 哈尔滨工程大学 航天与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001

断裂韧性表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标，材料的断裂韧性不仅与材料本身属性相关，同样取决于研究对象的加载方式或约束水平等其他因素。目前对于材料断裂韧性的测试方法，主要以单参数方法为主，以参考温度作为唯一的衡量标准。然而单参数方法基本都是以标准试件作为试验对象，在固定尺寸的试件上进行的试验。但在日常生产生活中，我们所用到的物品、结构的尺寸，往往与试验试件的尺寸差距较大，这就需要更为准确的、能描述不同尺寸试件断裂韧性的新方法。

为了使断裂韧性的应用更加广泛，研究人员开始尝试用双参数方法来描述材料的断裂韧性，该方法产生的主要原因是裂纹尖端存在着强烈的约束效应，即在无限接近裂纹尖端的位置，应力场为无穷大。这样的情况就使得传统的单参数法无法表现裂纹尖端位置的应力分布情况。

J-A2方法用J积分描述载荷水平，A2作为约束参数，是由裂纹端弹塑性场的渐近展开式发展而来的描述裂纹端约束的一种较精确的双参数方法。王钟羡[1]对单边缺口紧凑拉伸试件和带轴向表面裂纹管道进行了有限元分析。用J-A2方法量化了裂纹尖端区域的约束情况，结果表明管道裂纹尖端的约束水平要小于CT试件的约束水平。……