金屬材料試件在壓縮、扭轉、拉伸斷裂過程中的應力狀態變化及表征

伍星星，劉建湖，孟利平，王海坤，汪 俊

（中國船舶科學研究中心， 江蘇 無錫 214082）

結構在沖擊載荷作用下的斷裂損傷與材料的應力狀態存在重要關系，應力三軸度和Lode 參數是應力狀態的兩種重要表征方式，常見的JC、BW 斷裂準則[1-2]引入了應力三軸度對失效應變的影響，MMC 斷裂準則[3]兼顧了應力三軸度和Lode 參數的影響。Borvik 等[4]借助JC 斷裂準則對圓柱形平頭彈體的穿甲過程進行了仿真分析；Gupta 等[5]借助JC 模型研究了彈體頭部不同形狀對穿甲性能的影響，探討了不同頭部形狀對靶板的毀傷破壞模式；肖新科等[6]采用包含Lode 參數影響的MMC 斷裂準則以及僅考慮應力三軸度影響的BW 斷裂準則，對平頭鋼彈體撞擊下6061-T6 鋁合金薄靶的斷裂行為和彈道極限進行了數值模擬研究，結果表明，兩種斷裂準則預測的彈體剩余速度與試驗結果均具有較好的一致性，兩者預測的彈道極限相近。但在預測2024-T351 鋁合金Taylor 桿的斷裂試驗中，肖新科等[7]指出，相較于JC、BW 準則，MMC 斷裂準則能更好地預測彈體的裂紋形式。

開展材料斷裂試驗是獲取JC、BW、MMC 斷裂準則參數的基礎，Borvik 等[8]、Bao 等[9]、Gilioli 等[10]、Teng 等[11]通過開展系列扭轉、壓縮和拉伸試驗，擬合得出了Weldox460E、6061-T6、2024-T351 等材料的斷裂準則參數。李營[12]通過開展系列Q235 鋼斷裂力學性能試驗，擬合得到了JC 失效參數。由于壓縮、扭轉和拉伸試件在斷裂過程中的應力狀態不斷發生變化，若采用的應力狀態評價標準不統一，可導致擬合得到的斷裂準則參數存在較大差別，因此有必要系統地了解壓縮、扭轉和拉伸試件在受載過程中的應力狀態變化過程及合適的表征方式，從而為后續恰當準確地擬合斷裂準則（JC、BW、MMC）提供可靠依據。……