自动球压痕技术测定钢材力学性能的数值模拟 - 图文(4)

第3章 自动球压痕测试的数值模拟

由于球压痕试验的几何结构和受力均为轴对称，因此将把压头和被测钢材全部设置为轴对称模型，压头和被测钢材的模型尺寸如表3-1所示，压头和被测钢材的装配图如图3-1所示。

表3-1 结构参数

实体 压头 钢材

直径/mm 0.7635 20

长度/mm 10 10

图3-1 压头和被测钢材装配图

3.2 材料属性

试验中，被测钢材产生了塑性变形，因此采用大变形的非线性有限元分析。 被测材料为压力容器常用钢材15CrMoR和Q345R，钢材的应力应变曲线取

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第3章 自动球压痕测试的数值模拟

自拉伸断裂试验测得应力应变曲线值。拉伸断裂试验中得到的数据通常是以名义应变εnom和名义应力σnom表示的，为了准确地描述大变形过程中截面面积的改变，需要使用真实应变εtrue和真实应力σtrue，两者之间的转换公式见式（3-1）和（3-2）。

?true?ln(1??nom)

(3-1) （3-2)

?true??nom(1??nom)

真实应变εtrue是由塑性应变εpl和弹性应变εel两部分构成的。在用ABAQUS确定弹塑性材料属性时，需要使用塑性应变εel，表达式见式(3-3)

?pl??true??el??true??trueE

(3-3)

把拉伸断裂试验获得数据转化为真应力-真塑性应变曲线后，输入到模型的材料属性内，并赋予被测钢材。15CrMoR和Q345R的杨氏模量和泊松比见表3-2，拉伸断裂试验的应力应变曲线图如图3-2和图3-3所示，提取的名义应力和名义应变，转化成真应力真塑性应变的数值见表3-3和表3-4。

表3-2 被测材料参数表

材料 15CrMoR Q345

杨氏模量/MPa

200000 206000

泊松比 0.30 0.28

表3-3 15CrMoR真应力-真塑性应变数据表

名义应变 0.0000 0.0273 0.0298

名义应力 435.0000 432.8218 445.4658

真实应变

0.0269 0.0294

真实应力 435.0000 444.6378 458.7407

真塑性应变 0.0000 0.0247 0.0271

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第3章 自动球压痕测试的数值模拟

续表3-3

0.0341 0.0471 0.0669 0.0886 0.1069 0.1228 0.1416 0.1542 0.1734 0.1889

462.6957 480.9792 503.7941 524.2832 537.8990 546.9343 554.7850 558.0988 561.3362 563.4654

0.0335 0.0460 0.0648 0.0849 0.1016 0.1158 0.1324 0.1434 0.1599 0.1730

478.4736 503.6333 537.4979 570.7347 595.4004 614.0978 633.3426 644.1576 658.6719 669.9040

0.0311 0.0435 0.0621 0.0820 0.0986 0.1128 0.1293 0.1402 0.1566 0.1697

表3-4 Q345真应力-真塑性应变数据表

名义应变 0.0000 0.01690 0.02064 0.02563 0.03000 0.03437 0.04060

名义应力 356.0000 361.86078 372.11479 384.92775 396.46123 406.70611 420.78939

真实应变

0.0168 0.0204 0.0253 0.0296 0.0338 0.0398

真实应力 361.0000 367.9747 379.7955 394.7943 408.3552 420.6829 437.8739

真塑性应变 0.0000 0.0149 0.0185 0.0233 0.0275 0.0317 0.0376

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第3章 自动球压痕测试的数值模拟

0.04995 0.05680

439.98140 452.76693

0.0487 0.0552

461.9585 478.4855

0.0464 0.0529

续表3-4

0.06615 0.07673 0.08669 0.09602 0.10410 0.11405 0.12399 0.13642 0.14388 0.15381 0.16375 0.17368 0.18424 0.19231 0.19852 0.20845

469.38173 484.68964 498.71809 508.88985 516.50268 525.37670 532.96212 540.51097 544.26712 547.98672 551.70631 554.13730 556.55915 557.72895 558.92616 560.06854

0.0641 0.0739 0.0831 0.0917 0.0990 0.1080 0.1169 0.1279 0.1344 0.1431 0.1516 0.1601 0.1691 0.1759 0.1811 0.1893

500.4298 521.8791 541.9505 557.7519 570.2708 585.2949 599.0457 614.2477 622.5736 632.2736 642.0476 650.3815 659.0984 664.9845 669.8818 676.8133

0.0615 0.0713 0.0804 0.0889 0.0962 0.1051 0.1139 0.1248 0.1313 0.1399 0.1484 0.1569 0.1658 0.1726 0.1777 0.1860

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第3章 自动球压痕测试的数值模拟

60050040030020010000.000.050.100.150.200.250.30应力/MPa应变

图3-2 15CrMoR拉伸断裂试验的工程应力应变曲线

6005004003002001000-0.050.000.050.100.150.200.250.300.35应力/MPa应变

图3-3 Q345拉伸断裂试验的工程应力应变曲线

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