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海水腐蚀对碳钢宏细观阻裂力学性能的影响

作　者: 耿慧
导　师: 王利民
学　校: 青岛理工大学
专　业: 固体力学
关键词: 碳钢阻裂实验海水腐蚀碳钢 SEM扫描电镜有限元模拟断裂参量
分类号: O346.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

广泛应用于海洋基础设施中的碳钢等金属材料，其腐蚀损伤断裂是材料与结构失效的主要形式之一。断裂及损伤力学是研究有缺陷材料或结构破坏问题的重要分析工具。本文通过断裂力学研究带预置切口中小试件在三点弯曲和单向拉伸加载实验过程中的断裂行为，分析预置切口的形状变形和尺寸在断裂过程中对不同断裂参数的影响规律。对比Q235试件海水腐蚀前后断裂规律和力学性能的变化，为海洋基础设施的设计选材安全使用提供实验数据与理论依据。具体研究内容如下：1.文中综述了钢铁腐蚀研究的现状与断裂力学及细观力学的发展及应用，介绍了部分实验测试设备。通过SEM扫描电镜对带不同尺寸割口的Q235低碳钢进行原位拉伸实验，探讨了海水腐蚀前后碳钢试件的断裂行为与微观断口形貌变化。2.分析了海水浸泽对Q235钢力学性能的影响，得到其宏观力学性能在不同情况下的变化规律。如试件割口附近应力强度因子与韧度等断裂参数的尺寸效应，裂纹扩展长度、应力集中系数等参量随载荷的变化规律等。3.探讨了用断裂力学参数对不同尺寸缺口试样最大承载力的估计方法，通过塑性理论中的滑移线场模型计算带切口试件的承载力；也通过双K断裂准则及阻裂模型对试件的承载能力进行预估计算，且与实验数据作比较。4.根据三点弯曲梁的电测跟踪测试，对碳钢的卸载定律、弹塑性裂纹位移变形进行了进一步探讨，并根据实验数据分析海水腐蚀对碳钢试件承载力和断裂韧度的影响。5.利用ABAQUS有限元分析软件对拉伸试件进行数值模拟，得到了在不同载荷下预置裂纹附近的应力场与应变场图，并进行了相应的分析讨论。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-18
  1.1 断裂力学的产生与发展  11-13
  1.2 金属材料海水腐蚀的研究概况  13-14
  1.3 细观力学的研究进展  14-16
  1.4 本文的研究内容与意义  16-18
第2章碳钢拉伸断裂的细观分析  18-32
  2.1 实验仪器与试件制备  18-20
  2.2 碳钢单边切口试件的 SEM 实验现象与分析  20-24
    2.2.1 U 形切口试件的实验过程观察  20-21
    2.2.2 V 形切口试件的实验过程观察  21-24
  2.3 经海水浸泡后碳钢试件 SEM 实验现象观测与分析  24-29
    2.3.1 海水腐蚀的 V 形切口试件实验过程观测  24-26
    2.3.2 短期海水浸泡对碳钢力学性能的影响  26-27
    2.3.3 V 形切口试件断口形貌观测  27-29
  2.4 拉伸试件裂纹扩展过程的 SEM 观察  29-31
  2.5 小结  31-32
第3章碳钢小试件断裂强度实验分析  32-44
  3.1 试件制备与实验过程  32-33
  3.2 应力强度因子的计算  33-40
    3.2.1 力学参数的计算  33-36
    3.2.2 应力强度因子的计算  36-39
    3.2.3 断裂韧度  39-40
  3.3 塑性滑移线场计算  40-42
  3.4 双 K 模型计算承载力  42-43
  3.5 小结  43-44
第4章 Q235 钢常规试件抗裂特性分析  44-55
  4.1 三点弯曲试验  44-46
    4.1.1 三点弯曲试验简介  44-45
    4.1.2 卸载定律  45-46
  4.2 电测跟踪试验过程与分析  46-51
    4.2.1 应变片位置  47-48
    4.2.2 载荷应变曲线  48-49
    4.2.3 相对位移变化规律  49-51
  4.3 海水浸泡的影响  51-54
    4.3.1 载荷位移曲线  51-52
    4.3.2 应力强度因子的计算  52-54
  4.4 小结  54-55
第5章含缺口低碳钢单向拉伸有限元模拟  55-64
  5.1 ABAQUS 中的非线性问题  56
  5.2 模型的创建与分析  56-59
    5.2.1 模型的建立  57-58
    5.2.2 网格划分  58-59
  5.3 结果分析  59-63
    5.3.1 应力应变云图  59-62
    5.3.2 应力-应变曲线  62-63
  5.4 小结  63-64
总结与展望  64-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间科研工作  70-71
致谢  71

海水腐蚀对碳钢宏细观阻裂力学性能的影响

内容摘要

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