[发明专利]基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法

权利要求书

1.基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，针对小厚度试样进行断裂韧性测试，获得金属材料的非平面应变断裂韧性K_Q⁰；所述小厚度试样的厚度＜30mm；

步骤2，针对小厚度试样，按照下式计算得到金属材料的非平面应变断裂韧性K_Q⁰对应的临界启裂能量释放率G₁’；

式中，为断裂时裂尖处的节点力kN；ΔC为裂纹扩展长度，mm；v_c、v_d分别为c点和d点相对于中心处O点的位移，mm；

步骤3，针对大厚度试样，通过有限元软件计算临界启裂能量释放率G₁’对应的启裂载荷值F₁’；所述大厚度试样的厚度≥30mm；

步骤4，通过下述公式(1)和公式(2)计算金属材料的断裂韧性K_Q；

K_Q＝(FS/BW^3/2)×f(a/W) (2)

式中，F为步骤3得出的启裂载荷值F₁’，kN；S为大厚度试样跨距，mm；B为大厚度试样厚度，mm；W为大厚度试样宽度，mm；a为大厚度原始裂纹长度，mm；

步骤5，当步骤4计算的K_Q满足的条件时，K_Q为金属材料的平面应变断裂韧性K_IC；其中，t为试样厚度，σ₀为材料的屈服强度。

2.根据权利要求1所述的基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法，其特征在于，步骤2包括以下过程：

步骤2.1，通过有限元软件构建小厚度试样模型；

步骤2.2，通过式(1)计算非平面应变断裂韧性K_Q⁰对应的临界启裂能量释放率G₁’。

3.根据权利要求2所述的基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法，其特征在于，步骤2.1中的小厚度试样模型的形状和尺寸和步骤1中小厚度试样的形状和尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法，其特征在于，步骤3中，通过有限元软件构建大厚度试样模型，开始对整个大厚度试样施加载荷值F，不断增加F值，进行迭代计算，至F值对应的能量释放率G’和步骤2中的临界启裂能量释放率G₁’相等，裂纹开始启裂，对应的F为启裂载荷值F₁’。

5.根据权利要求5所述的基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法，其特征在于，步骤3中，施加载荷值F的初始值20kN，逐步增加载荷值F，单次增加值设为10kN，持续加载；每一次增加的载荷值F，对应一个能量释放率G’。

6.根据权利要求1所述的基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法，其特征在于，所述有限元软件为ANSYS或ABAQUS。

7.根据权利要求1所述的基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法，步骤1中，根据GB/T 211423《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》进行小厚度试样的断裂韧性测试。